可重構(gòu)SoC設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、PC市場(chǎng)日漸成熟，以個(gè)人信息助理為代表的“數(shù)碼消費(fèi)品”終將主導(dǎo)半導(dǎo)體應(yīng)用市場(chǎng)的下一輪增長(zhǎng)，數(shù)碼消費(fèi)品的一大特征就是頻繁地更新?lián)Q代。可重構(gòu)SoC結(jié)合了指令集處理器的存貯軟編程和可重構(gòu)邏輯器件的硬布線編程的優(yōu)點(diǎn)，既具有很強(qiáng)的計(jì)算能力、又具有靈活的重構(gòu)特點(diǎn)；既內(nèi)涵很寬的通信協(xié)議、又有足夠的“凈空”留給用戶去應(yīng)用創(chuàng)新。也就是說(shuō)，基于某一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的可重構(gòu)SoC架構(gòu)形成后，用戶可以僅僅通過(guò)軟件編程就能達(dá)到重構(gòu)特定應(yīng)用功能的目的，這一特點(diǎn)不僅大大適

2、應(yīng)了后PC時(shí)代“數(shù)碼消費(fèi)品”應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)硅產(chǎn)品既要求高度復(fù)雜，又要求較低成本和快速更新上市的要求，而且還因此推動(dòng)著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步分化，催生“不搞芯片設(shè)計(jì)、專事平臺(tái)上創(chuàng)新應(yīng)用”的Designless模式的涌現(xiàn)。 本論文針對(duì)/“數(shù)碼消費(fèi)品”將主導(dǎo)未來(lái)半導(dǎo)體應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，研究動(dòng)態(tài)重構(gòu)SoC的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。鑒于可重構(gòu)SoC既是產(chǎn)業(yè)界的熱點(diǎn)，又是學(xué)術(shù)研究的前沿，因而論文特別在“直接影響動(dòng)態(tài)重構(gòu)SoC可實(shí)現(xiàn)性和系統(tǒng)成本的F

3、PGA配置數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)”和“可重構(gòu)技術(shù)與片上通信網(wǎng)絡(luò)(NoC)技術(shù)相結(jié)合”兩個(gè)方面做了重點(diǎn)研究。主要研究工作與取得的創(chuàng)新成果如下： (1)系統(tǒng)總結(jié)了業(yè)界從ASIC和FPGA兩個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)可重構(gòu)SoC所取得的研究成果，并討論可重構(gòu)SoC的未來(lái)發(fā)展方向。嘗試以“誰(shuí)來(lái)控制重構(gòu)、配置何時(shí)生成、重構(gòu)粒度如何”三個(gè)問(wèn)題為軸，建立了動(dòng)態(tài)重構(gòu)的三維分類法。提出了可涵蓋所有動(dòng)態(tài)重構(gòu)模式的通用DRSoC(動(dòng)態(tài)重構(gòu)SoC)體系結(jié)構(gòu)，并初步探討其計(jì)算模型

4、和設(shè)計(jì)流程。以基于xilinx 32位軟核Microblaze的SoPC為目標(biāo)平臺(tái)，研究DRSoC實(shí)現(xiàn)技術(shù)，總結(jié)兩種動(dòng)態(tài)重構(gòu)設(shè)計(jì)方案：“System ACE方案”和“ICAP方案”，并將兩種實(shí)現(xiàn)方案相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)通用DRSoC體系結(jié)構(gòu)的模擬，示例其設(shè)計(jì)流程。 (2)研究FPGA配置數(shù)據(jù)的無(wú)損壓縮技術(shù)，以FPGA配置數(shù)據(jù)的“幀間數(shù)據(jù)規(guī)律性”和“幀內(nèi)數(shù)據(jù)規(guī)律性”概念作為算法改進(jìn)的基礎(chǔ)，提出了改進(jìn)型LZW壓縮算法，采用 5 種通用電路

5、模塊為例，以 5 種不同規(guī)模的xilinx Virtex系列FPGA為目標(biāo)器件，改進(jìn)后的算法對(duì)配置數(shù)據(jù)的壓縮率在45.63﹪～67.38﹪之間，比基本LzW算法壓縮率平均提高了10﹪。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步抽象出片上動(dòng)態(tài)重構(gòu)通用設(shè)計(jì)方法，提出了實(shí)用的工程目錄范例。該設(shè)計(jì)方法和工程目錄范例在11種實(shí)用電路模塊上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，基于“配置間規(guī)律性”的實(shí)時(shí)壓縮技術(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)重構(gòu)中的部分配置數(shù)據(jù)取得了43.69﹪的壓縮效果，同時(shí)也檢驗(yàn)了可重構(gòu)設(shè)計(jì)方法的工