论文部分内容阅读
消费类电子产品向多功能、高性能和低功耗方向的飞速发展，对处于核心地位的嵌入式处理器提出了更高要求。本文选取RISC结构中的典型代表MIPS作为研究对象，深入分析了MIPS体系结构，独立完成了兼容MIPS32指令集的“同芯CPU”的RTL设计和SystemC事务级模型设计，搭建了基于“同芯CPU”的嵌入式软件开发验证平台，并通过多核异构处理器和MP3解码及典型CPU测试向量验证了处理器设计的正确性。本论文的主要工作和创新点如下：
1.创新设计了调试监控器SystemC模块，可以无需改动硬件或者CPU软件代码，实现对嵌入式软件设置断点，查看变量，单步执行等操作。
2.针对传统RTL测试方法在验证上的局限性和嵌入式软件开发对于调试环境的需求，搭建了基于SystemC语言的“同芯CPU”系统仿真平台。该平台包括“同芯CPU”的事务级模型、调试监控器模块、外部存储器SystemC模型和UART的SystemC模型，可作为嵌入式软件调试平台，降低软件开发难度。
3.完成了“同芯CPU”的RTL电路设计，并通过了FPGA验证。综合结果显示电路规模约6万门，频率高达200MHz以上；通过Dhrystone基准测试程序对“同芯CPU”进行，结果显示其性能为22103DMIPS，即1.105DMIPS/MHz，达到ARM9官方性能指标。
4.设计了“同芯CPU”嵌入式软件开发环境，采用经交叉编译得到的GNU工具链编译应用软件，生成用于SystemC系统软件仿真平台的二进制存储映像文件，用于Modelsim硬件测试验证平台的16进制字符表示的存储器数据文件和用于Altera公司StratixIIEP2S180的FPGA开发验证平台的Intel Hex格式文件，以便于多层次仿真验证。
5.移植编译了软件浮点运算库，提供软件浮点运算的支持；移植编译了数学函数库，提供复杂数学函数运算的支持；移植编译了部分系统函数库，提供字符串、调试信息打印的支持；移植嵌入式多任务操作系统-Plasma RTOS。
6.成功将“同芯CPU”应用于实验室研发的多核异构处理器中，并在FPGA开发板上成功实现并行解码JPEG图片的演示功能和MP3解码。