32位高性能嵌入式CPU及平臺(tái)研發(fā).pdf

1、嵌入式CPU作為SoC設(shè)計(jì)中最重要最關(guān)鍵的IP，其研發(fā)受到了廣泛關(guān)注。本文主要圍繞CKCORE國產(chǎn)32位嵌入式CPU的研制，對(duì)其體系結(jié)構(gòu)、核心模塊、驗(yàn)證流程，以及SoC平臺(tái)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。
　　 本文自主設(shè)計(jì)了32位嵌入式CPU的微體系結(jié)構(gòu)，解決了亂序執(zhí)行和快速退休、分支預(yù)測(cè)、寫緩存、CPU硬核化等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高性能低功耗的CK510。本文進(jìn)一步研究了基于超標(biāo)量體系的CK610，提出了投機(jī)執(zhí)行、非阻塞指令發(fā)射和

2、數(shù)據(jù)訪問、硬件保留棧，以及動(dòng)態(tài)可配置的CACHE回寫等關(guān)鍵技術(shù)，大幅提升了性能。CK510/CK610按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了硬核化，其主要技術(shù)指標(biāo)與國際同檔嵌入式CPU相當(dāng)。
　　 針對(duì)多媒體增強(qiáng)單元設(shè)計(jì)，本文提出了宏單元分段共享的SIMD運(yùn)算框架，通過基本乘法和加法逐層構(gòu)建不同寬度的SIMD運(yùn)算單元，有效解決了傳統(tǒng)方法部分積過多，控制復(fù)雜和進(jìn)位鏈延時(shí)大的缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)了DSP擴(kuò)展單元，提出了運(yùn)算延時(shí)量化的流水線劃分、全流水執(zhí)行與結(jié)果回寫

3、、非阻塞發(fā)射與亂序執(zhí)行，以及指令提前退休和延遲回寫等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，有效提升了多媒體應(yīng)用性能。
　　 針對(duì)內(nèi)存管理單元設(shè)計(jì)，本文提出一種基于全綜合設(shè)計(jì)流程的分組匹配TLB方法，設(shè)計(jì)了全流水的TLB存儲(chǔ)單元訪問機(jī)制和初始地址預(yù)測(cè)，加速了TLB表項(xiàng)查詢速度。高性能低功耗兩級(jí)TLB訪問機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了訪問速度與訪問容量的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。本文同時(shí)提出了軟件透明的動(dòng)態(tài)頁面合并技術(shù)，提高了uTLB表項(xiàng)的地址轉(zhuǎn)換效率。
　　 針對(duì)CPU的設(shè)計(jì)驗(yàn)證

4、，本文重點(diǎn)研究了一種新的等價(jià)性驗(yàn)證流程及其驗(yàn)證系統(tǒng)ZDFV。ZDFV的核心由面向RTL級(jí)驗(yàn)證工具、面向門級(jí)驗(yàn)證工具，以及面向驗(yàn)證的綜合工具組成。在對(duì)各種驗(yàn)證引擎深入研究的基礎(chǔ)上，ZDFV提出了無依賴性割集和量化、鎖存器匹配、混合SAT等多種驗(yàn)證方法，有效提升了處理器的驗(yàn)證效率。
　　 本文設(shè)計(jì)了基于自主CPU的SoC開發(fā)平臺(tái)。平臺(tái)以SPIRIT標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范IP的特征，以XML標(biāo)準(zhǔn)描述目標(biāo)SoC，可快速靈活的兼容任意遵從AMBA協(xié)議的