高性能Java處理器設計研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著芯片設計技術以及深亞微米工藝的不斷提升,將整個系統(tǒng)包括核心處理器、外圍控制器與軟件代碼等系統(tǒng)必備的組件與模塊集成到一塊小型芯片上已成為大勢所趨。因此,SoC的概念應運而生。SoC(片上系統(tǒng),System—on-Chip)的發(fā)展是超高集成度處理芯片技術研究的主流發(fā)展方向,更是當代電子系統(tǒng)產品不斷追求Turn—key策略的必然選擇。
　　 在高速發(fā)展的嵌入式電子系統(tǒng),尤其是消費類電子產品,其更新?lián)Q代的速度遠比其它電子系統(tǒng)要快。如

2、何選擇一種既擁有強大硬件功能的支持,又可快速開發(fā)軟件應用的解決方案是研發(fā)人員長期以來一直在探討的問題。近年來,Java技術以其高安全性,跨平臺性,嚴封裝性等優(yōu)點被廣泛應用到各類電子系統(tǒng),范圍從大型網絡服務器至小型嵌入式系統(tǒng)都可以見到Java技術的身影。特別是Java技術的跨平臺特性,“一次開發(fā),隨處運行”,將減少大量的研發(fā)投入和耗時。加之Java的開源特性,更使得基于Java的資源比基于其它計算機語言的資源要豐富,資源更新也更為迅速和及

3、時。
　　 然而,Java技術在嵌入式領域的應用遇到了一些問題,其中最主要的就是Java程序運行效率較低,消耗過多的存儲器資源。這是因為Java為了保證跨平臺運行特性采用了虛擬機技術。在上層Java應用和底層硬件平臺間植入了中間件Java虛擬機,使得Java程序在嵌入式系統(tǒng)中運行必須經過軟件翻譯的過程。
　　 面對軟件Java虛擬機實現(xiàn)方案的這些困惑,為嵌入式系統(tǒng)設計專用的Java處理器是較好的解決方法。本研究課題的設計

4、目標是通過芯片級的方式實現(xiàn)Java虛擬機,最終在自主研發(fā)的.Java處理器上直接運行由標準.Java編譯器生成的Java字節(jié)碼程序。
　　 經過在全球范圍內進行Java處理器的研究發(fā)現(xiàn),對于商用型芯片,國外只有作為協(xié)處理器角色的.Java處理技術在大范圍使用,國內并無相應芯片:對于學術型研究,國內外均專注于理論研究及原型開發(fā),部分通過FPGA建模實現(xiàn),并沒有一款通過ASIC方式進行最終驗證的Java處理器。本次課題將采用RISC

5、架構,設計出一種基于AMBA總線的高性能Java處理器,和已有的Java處理內核相比具備高運算量處理能力。為了增強芯片實用性和拓展應用范圍,將采用SoC的設計方法和低功耗設計策略,將該Java處理器核和多種通用外設控制器集成至同一塊芯片中,并通過MPW流片驗證。最終設計出一套相應的開發(fā)平臺,驗證該款Java專用處理器SoC芯片的高性能、低功耗、小面積等特性。
　　 該Java處理器采用0.18um Logic工藝進行MPW流片,