專用處理器及片上通信架構(gòu)設(shè)計研究.pdf

1、以視頻信息為主的多媒體技術(shù)是21世紀(jì)最具時代特征和最富有活力的研究與應(yīng)用領(lǐng)域，同時也是高性能片上系統(tǒng)（system on a Chip，SoC）發(fā)揮核心作用的領(lǐng)域。專用處理器及專用SoC可以在通用處理器的可編程、靈活性與專用集成電路（Application—Specific Integrated Circuit，ASIC）的高性能、低功耗之間取得設(shè)計折衷，已成為目前的研究熱點。本文以最新視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)H．264/AVC為目標(biāo)應(yīng)用，就高性

2、能專用SoC設(shè)計中的兩個關(guān)鍵技術(shù)：專用指令集處理器（Application—Specific Instruction Set Processor，ASIP）設(shè)計與專用片上通信架構(gòu)設(shè)計展開論述。 處理器是SoC的核心，承擔(dān)著系統(tǒng)大部分的運算與控制任務(wù)。本文介紹了一款自主研發(fā)的面向視頻壓縮應(yīng)用的ASIP指令體系及硬件實現(xiàn)。針對視頻應(yīng)用中數(shù)據(jù)組織操作開銷大、內(nèi)存讀寫頻繁且地址不連續(xù)等特點，該指令集采用顯式數(shù)據(jù)組織的指令格式，將數(shù)據(jù)組織

3、操作內(nèi)嵌到指令編碼中，同時設(shè)計了行列交織的內(nèi)存讀寫模式。硬件架構(gòu)為SIMD（Single Instruction Multiple Data）與VLIW（Very Long Instruction Word）的混合結(jié)構(gòu)，采用了RISC（Reduced Instrction Set Computer）類型的流水線結(jié)構(gòu)，其中分布式運算單元支持可變字長的并行計算，而取指單元可完成變長編碼指令的取指及下一PC（Program Counter）計

4、算等功能，并設(shè)計了指令緩沖區(qū)以減少存儲器訪問。 專用指令的設(shè)計空間龐大，手工設(shè)計效率不高。本文在專用指令自動提取方面進行了探索，提出了靜態(tài)數(shù)據(jù)流圖搜索與動態(tài)結(jié)果篩選相結(jié)合的方法，并作為一種重要的補充應(yīng)用到前述的ASIP指令集設(shè)計中。在此基礎(chǔ)上，以H．264/AVC的環(huán)路去塊效應(yīng)濾波算法為例，敘述了視頻壓縮算法核心在ASIP上的優(yōu)化過程。 片上集成部件的增多導(dǎo)致部件之間的數(shù)據(jù)通信逐漸成為制約系統(tǒng)性能的瓶頸。以目標(biāo)應(yīng)用的具體

5、數(shù)據(jù)通信信息來指導(dǎo)通信架構(gòu)的設(shè)計，可縮短通信消耗時間，提高系統(tǒng)實時性能。為此需要在設(shè)計早期對于目標(biāo)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)通信部分進行精確的高層建模與仿真。本文在事務(wù)級模型（Transaction Level Model，TLM）的基礎(chǔ)上提出了一種新的抽象模型CEAM（communication Event Accurate Model）用于系統(tǒng)的通信建模，完成了H．264/AVC的通信建模與仿真。并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計了一種針對應(yīng)用優(yōu)化的總線調(diào)度策略