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多核系统的片上网络（NoC）架构设计与实现

作　者: 张中杰
导　师: 张刚
学　校: 太原理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 片上网络片上多处理器系统硬盘控制器
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 57次
引　用: 4次
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内容摘要

为克服由于无限制地提升处理器时钟带来的功耗问题,当今的CPU普遍采用了多核设计作为高性能处理器的解决方案。多核系统普遍采用对称多处理器(SMP)结构。IBM的千万亿次计算机系统在一个SMP节点上容纳了8个CPU。但是当进一步增加节点的处理器数目时,遇到了前所未有的困难,人们开始研究探索新的总线结构。于是片上网络的概念在1999年被提出,其思想就是借鉴计算机网络的设计理念,将分组交换等关键技术引入到多核系统设计中。目前片上网络尚处于早期的理论研究阶段,研究内容主要包括:拓扑结构、交换策略、基于片上网络的系统设计方法及后端实现等方面。本课题旨在设计、实现一个以片上网络为架构的多处理器系统体系结构,提供一个真实的试验平台。本论文涉及的工作主要包括:1、从理论上研究了基于片上网络的多处理器结构;2、提出并实现了单发单收总线和单发多收总线的多处理器节点;3、利用Mesh型网络拓扑结构进行多处理器系统扩展;4、设计实现了一个片上外设—硬盘控制器;5、运用工具软件搭建了一个基于片上网络的片上多处理器系统,并完成了相关的验证工作。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
前言  8-11
  1 本课题研究的背景和意义  8-9
  2 论文完成的工作  9-10
  3 论文的组织  10-11
第一章绪论  11-27
  1.1 并行处理发展趋势——片上网络  11-21
    1.1.1 SoC 概述  11-13
    1.1.2 片上网络的产生及概念  13-15
    1.1.3 片上网络主要研究内容  15-18
    1.1.4 基于通信的NoC 设计  18-21
  1.2 ATA/ATAPI-6 标准简介  21-23
    1.2.1 物理层定义主要内容  21-23
    1.2.2 传输层定义主要内容  23
  1.3 试验平台及工具软件介绍  23-25
  1.4 基于FPGA 的数字系统设计方法  25-27
第二章 NOC 体系结构设计  27-33
  2.1 NOC 参考模型设计  27-29
  2.2 NOC 物理层、数据链路层协议的设计  29-33
    2.2.1 物理层设计  29-31
    2.2.2 数据链路层设计  31-33
第三章基于NOC 的多处理器节点设计  33-49
  3.1 拓扑结构设计  33-34
  3.2 资源网络接口的分析、设计、实现及仿真验证  34-40
    3.2.1 系统分析  34
    3.2.2 系统设计  34-39
    3.2.3 系统实现及仿真  39-40
  3.3 信道仲裁单元分析、设计、实现及仿真验证  40-42
    3.3.1 系统分析  40-41
    3.3.2 系统设计  41-42
    3.3.3 系统实现及仿真验证  42
  3.4 多处理器节点的深度扩展  42-49
    3.4.1 深度扩展方案设计  43
    3.4.2 交换节点分析、设计、实现及仿真  43-49
第四章片上外设—硬盘控制器的设计  49-61
  4.1 系统分析  49-51
    4.1.1 应用环境分析  49
    4.1.2 系统功能定义及实现方法设计  49-51
  4.2 系统设计  51-57
    4.2.1 PIO 模块设计  52-53
    4.2.2 Ultra DMA 模块设计  53-54
    4.2.3 控制模块设计  54-57
  4.3 系统实现及验证  57-61
    4.3.1 系统实现  57-58
    4.3.2 系统验证  58-61
第五章基于片上网络架构的MPSOC 搭建及板级验证  61-73
  5.1 MICROBLAZE 处理器子系统的创建  61-68
    5.1.1 创建基本系统  61-63
    5.1.2 添加OPB 总线接口模块  63-68
  5.2 MPSOC 的搭建  68-70
  5.3 MPSOC 的板级验证  70-73
第六章结论与展望  73-74
  6.1 本文完成的主要工作  73
  6.2 存在的问题和进一步需要研究的内容  73-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
攻读研究生期间发表过的论文  78

多核系统的片上网络（NoC）架构设计与实现

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