ICF實(shí)驗(yàn)物理診斷集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文ICF實(shí)驗(yàn)物理診斷集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓名：陸俊峰申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：物理電子學(xué)指導(dǎo)教師：陰澤杰楊存榜20070401中田科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文摘要對(duì)于指令同步系統(tǒng)，首先介紹了該系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出采用目前最先進(jìn)的嵌入式片上系統(tǒng)(systemonchip，SOC)結(jié)構(gòu)來完成具有高實(shí)時(shí)性要求的集中控制任務(wù)，并將整個(gè)系統(tǒng)集成在一片3UPXI機(jī)箱的外圍插卡上的方法。設(shè)計(jì)的SOC核心部分是基于MIPs(Micropr

2、ocessorwitlloutInterlockedPipclineS協(xié)】；銘，MIPS)體系結(jié)構(gòu)的5級(jí)流水線RISC(ReducedInstructionSetComputerRISC)微處理器系統(tǒng)，主要包括指令的選取、微處理器的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等此外還介紹了外圍接口邏輯設(shè)計(jì)、器件選擇、FPGA芯片內(nèi)部的邏輯實(shí)現(xiàn)以及指令同步系統(tǒng)3UPXl板卡的設(shè)計(jì)。在微處理器的設(shè)計(jì)中，采用了多種提高流水線性能的方法，包括取指令級(jí)的超級(jí)流水線設(shè)計(jì)、高速算術(shù)

3、加法器邏輯設(shè)計(jì)、添加流水線數(shù)據(jù)通路的旁路邏輯、自適應(yīng)動(dòng)態(tài)分支控制點(diǎn)選擇邏輯設(shè)計(jì)等。最后還從理論上分析了所設(shè)計(jì)的MIPS微處理器的性能并對(duì)整個(gè)SOC系統(tǒng)的仿真和調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了介紹和分析。本論文的創(chuàng)新之處：1首次在ICF實(shí)驗(yàn)的電子學(xué)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)全定制的SOC系統(tǒng)來完成具有高實(shí)時(shí)性要求的集中控制任務(wù)，并將該嵌入式系統(tǒng)集成于3UPXI外圍插件板卡上。在廣泛調(diào)研分析了目前SOC系統(tǒng)中所使用的嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)ICF實(shí)驗(yàn)指令同步系統(tǒng)

4、的具體需要，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)開發(fā)了具有5級(jí)流水線的32位MIPS構(gòu)架微處理器，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出目前各種商用的微處理器軟核。2在ICF實(shí)驗(yàn)電子學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中摒棄傳統(tǒng)的板級(jí)設(shè)計(jì)思路，而采用芯片級(jí)設(shè)計(jì)方法：使用高密度、商性能的FPGA芯片完成了所有全定制數(shù)字邏輯電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括SOC系統(tǒng)、PXI板卡的集中控制邏輯、PCI接口邏輯，從而提高了電子學(xué)系統(tǒng)的集成度和性能。由于所有數(shù)字邏輯功能集成到一塊FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)，大大減小了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中芯片使用的