FT-C55LP程序流单元的设计与实现

作     者：黄俊武 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周兴铭;陈跃跃

授予年度：2008年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：数字信号处理器 程序流单元 流水线保护机制 功能验证 代码覆盖率 功能覆盖率 

摘      要：数字信号处理器具有高效率、低功耗和低成本的特点,已成为通信、消费类电子产品的核心部件。FT-C55LP是一款自主正向设计的高性能、低功耗16位定点可编程数字信号处理器芯片。本文在深入研究FT-C55LP体系结构的基础上,详细讨论了FT-C55LP中程序流单元的性能要求和限定条件下的设计及其正确性验证。 本文设计的FT-C55LP程序流单元主要由数据交换控制模块、程序控制模块和流水线控制模块三部分组成。程序流单元的主要功能是完成程序地址产生,程序执行路径和状态控制,程序中跳转、条件、循环等控制类指令的执行处理,中断响应与处理,流水线的控制和冲突保护等。本文针对FT-C55LP的指令集特点和性能、功耗需求,在程序流单元中设计了专门的条件计算逻辑和循环控制逻辑,有效地提高了FT-C55LP中条件指令和循环指令的执行效率。另外,程序流单元中FT-C55LP中断系统的设计与实现也有效提高FT-C55LP执行数字信号处理算法的效率和拓展了其应用领域。 FT-C55LP内部采用了12级的深度流水线,并具有自动的流水线冲突硬件保护机制。因此,流水线控制的设计与实现成为能否实现FT-C55LP性能和功耗要求的关键因素之一。在程序流单元的设计与实现的过程中,本文针对FT-C55LP的流水线特别是其中的硬件自动保护机制进行了深入的研究与分析。在流水线的硬件自动保护机制的设计中,分析比较了现有的几种通用流水线保护机制的优缺点,针对FT-C55LP的流水线特点和性能、功耗需求提出了一种有效的基于资源分段访问的流水线保护机制并建立了统一的分析模型。模型表明,这种流水线保护机制有效提高了FT-C55LP的性能,降低了其硬件复杂度。 本文最后对所设计的程序流单元进行了模块级的功能验证。在底层模块的验证过程中,本文采用了EDA软件自动进行的代码覆盖率统计的验证策略;在顶层模块的验证过程中,本文采用了EDA软件自动进行代码覆盖率统计和进行用户自定义功能点的功能覆盖率统计相结合的验证策略。验证结果表明程序流单元的设计完全符合FT-C55LP的设计要求,功能完全正确。