关键词： 多处理器系统芯片   自适应仲裁器   仲裁算法   芯片设计  

摘要： 随着半导体工艺技术步入纳米阶段，在单一芯片中集成上亿晶体管已经成为现实，据ITRS预测，到2010年，单个芯片上的晶体管数目将达到22亿个，这为单片集成数十个甚至成百上千个嵌入式处理器提供了可能。因此，国际上的研究机构以及大型企业近期陆续提出多处理器系统芯片(Multi—Processor System—on-a—Chip，简称MPSoC或多核SoC)和片上网络(Network on a Chip，简称NoC)等概念，并迅速成为研究热点。另一方面，随着多媒体视频等应用技术的迅速发展，电子设备也提出了MPSoC/NoC芯片的需求。\n 片上通讯机制是MPSoC技术的关键所在，而仲裁器对解决多个处理器共享资源引起的竞争，合理公平高效地分配共享资源并且保证系统性能的发挥有着重要的影响。本文在充分研究各种仲裁算法对MPSoC系统性能影响的基础上，分别研究了基于总线架构的MPSoC和基于网络架构的MPSoC(NoC)的仲裁器设计方法，其中的创新性工作有：\n (1)针对共享总线架构的MPSoC，提出一款低复杂度动态自适应仲裁器。该仲裁器可以自动调节各个处理器占据的总线带宽，避免饥饿现象。参与完成了一款集成4个处理器核的层次化总线结构的MPSoC的FPGA原型芯片设计。基于该原型的仿真结果显示，动态自适应仲裁器比传统仲裁器减少了68％的任务完成时间，缩短了78％的总线等待时间，并且能够更好地控制各处理器的总线带宽。\n (2)针对网络架构的MPSoC(NoC)，提出了一款适用于NoC的避免“热点”HSRR的仲裁器，改善了网络系统因为出现“热点”区域而带来的性能下降。基于4×4的规则二维网络结构NoC仿真平台，仿真结果显示相比于轮转优先级仲裁器，新仲裁器的性能提高了26％，并且在缓冲器尺寸缩小和出现“热点”交通时，能有效抑制系统完成时间的升高和吞吐量的下降。

关键词： 深亚微米   高效能计算机   物理设计   电源网络   多处理器  

摘要： 进入深亚微米(或纳米级),等比例缩小虽然使晶体管的工作速度得到了提升,但也带来了诸多负面影响.互连线延迟、串扰、电压降/电迁移、良率已成为大规模集成电路物理设计的主要挑战.物理设计的成败与成本高低很大程度上取决于以上问题能否顺利解决.\n 曙光5000高效能计算机是国家863计划重大项目.其三款关键芯片:龙芯2ECPU、龙芯2E多处理器芯片组和16端口交换机芯片均是计算所自主研发成果.龙芯2E多处理器芯片组、16端口交换机芯片分别采用中芯国际0.18μm和0.13μm工艺,规模在百万门级,主频高达133MHZ和312.5MHZ,时序收敛是物理设计的难点之一.本文结合两款芯片设计实例,论述了VDSM物理设计过程,主要工作如下:1.系统的介绍了两款芯片所采用的Flatten(展平化)物理实现过程,包括布图规划、物理优化、时钟规划、布线和验证.根据深亚微米的特性重点分析了各阶段的关键技术和优化策略.2.研究分析了深亚微米互连线延迟的产生原因和引发的问题,介绍了物理综合时序收敛方案.3.针对由耦合电容增加带来的串扰问题,从预防和修复两方面出发,提出了结合物理设计每个阶段的串扰解决策略.4.针对电压降/电迁移问题,改进了电源规划的流程,提出了一种基于密度的电源/地网络设计方案,显著提高了设计速度.另外,提出了电源/地网络布线宽度和间距的计算公式,有效降低了布线拥塞.5.特征尺寸的缩小是良率降低的主要原因,随着工艺的不断进步,良率问题的解决将愈加困难,本文介绍了适合0.18μm和0.13μm解决方案.6.最后,是对物理设计的前沿技术:下一代以布线为基础的物理综合技术、DFM(可制造性设计)技术的一些探索,着重研究了层次化物理设计方法的基本流程和关键技术,根据经验,提出了作者自己的一些看法.

关键词： 多处理器   SMP架构   数据一致性   监听写无效协议   Linux操作系统   cache一致性解决方案  

摘要： 随着用户对处理器速度的无止境追求以及市场的需要，传统的处理器单核设计已经不能满足规模日渐庞大功能日渐复杂的系统要求。纵观市场上PC机上的多核竞争就可见一斑，特别是英特尔与AMD的双核处理器之间的市场争夺。多核的应用和发展已经是一种不可阻挡的趋势潮流。\n 然而多处理器的应用势必会出现一些技术上面的屏障和亟待解决的工程难题，其中最为常见的就是多核的管理和共享存储空间的管理。\n 本文便是在这样一种背景之下产生的，目的是提出一种方案来解决多处理器使用情况下Cache一致性冲突问题。通过工程项目中采用的具体RISC处理器为例来实现这种解决方案，并且对比已经提出的各种解决方案以及业界成功的多处理器Cache解决方案，总结分析在我们的实际工程中采取这种解决方案的原因，为以后的多处理器系统中解决共享存储体提供尽可能的借鉴和基础。本文提出了一种新的解决SMP的数据Cache一致性方法，该方法使数据Cache同时存储物理标识(physical tag)和虚拟标识(virtual tag)来支持监听写无效协议和虚拟存储器。\n 经过实际的项目应用证实，该方法在“智能手机芯片组”的项目中解决了两个CPU协调运行时的同步数据更新问题，保证了Linux操作系统的流畅运行。

关键词： 多处理器   SOPC   设计   嵌入式系统   多处理机   混合模型   软件需求   单处理器  

摘要： 嵌入式系统中系统时钟在提升空间上日趋饱和,上层软件需求日趋复杂,基于单CPU的设计方案很难适应这样日益复杂的需要。文章提出了基于SOPC的多处理机解决方案。针对目前嵌入式系统中单处理器的不足,提出了基于NiosII的多处理机、多计算机、混合多处理机模型。通过分析比较,针对混合模型中的系统功能单元进行了深入地研究,设计了基于NiosII的可扩展紧耦合多处理器方案。

关键词： 多处理器   数据染色   有效集   真共享   伪共享  

摘要： 随着近年来多处理器的出现,使得处理器的验证变得越来越重要,同时也给验证工作带来了极大的困难和挑战,越来越多的时间和精力要花在处理器的验证工作上。这篇文章将介绍一种在弱一致性多处理器系统中内存一致性的验证方法——数据染色。

关键词： 波束域   BMUSIC   高分辨DOA   ADSP-21160   实时处理   并行结构  

摘要： 波束域MUSIC(BMUSIC)算法在波束域高分辨目标方位估计(DOA)算法中是最具有代表性的方法,在水下目标探测与跟踪系统中起着重要的作用;ADSP-21160是ADI公司开发的一款高性能的利于并行处理的高速DSP。在所设计研发的由4片ADSP-21160构成的多处理器并行信号处理系统平台上,采用有效的系统结构和数据处理方法来减少运算量,提高并行处理效率,使波束域高分辨DOA算法能够实现实时处理,满足工程技术要求。

关键词： 多处理器系统芯片   双层总线   加速比  

摘要： 在单个芯片上集成多个处理器以提高SoC的整体性能已成为下一代集成电路设计趋势。如何提高其中多个处理器之间的通讯效率则成为MPSoC的设计关键。传统SoC平台中多以单总线结构为主,随着SoC中IP数目的增加,通讯效率随之降低。基于MPSoC环境下,提出一种层次化总线结构:本地总线负责处理器与本地内存通讯;全局总线实现对全局设备的访问。两级总线通过总线桥连接。在RTL级设计了上述平台,以流水矩阵乘法为例研究其在不同工作负载下的加速比变化。实验结果表明,在四个处理器的情形下,循环次数为4次时加速比仅为2.2;随着循环次数增多,加速比可达3.2。

关键词： 片上多处理器   存储系统测试   并行测试   层次化验证  

摘要： 片上多处理器的体系结构具有高效、低功耗的特点,但由于整体逻辑规模较大,且存储系统有一致性的要求,因此其模拟器测试和验证的计算量大、复杂度高,整体采用传统的形式化测试方法测试速度慢.运用分隔测试技术可以在测试过程中降低整体计算的复杂度,将使用传统测试方法不能测试的复杂系统测试简单化;利用随机程序生成技术可以减少测试人员编写测试程序的时间并加速发现系统的错误,并行测试技术可以快速低功耗检验片上多处理器存储器系统的功能并具有良好的可扩充性.将上述测试方法集成在片上多处理器的测试中,能够对整体的计算量进行合理的分割和并行化,迅速定位整个系统的错误,大大缩减所需要的测试时间,降低了测试人员的工作量,提高测试结果的覆盖率和可信性.

关键词： 多处理器   任务   实时调度算法  

摘要： 设计并实现了一种基于多处理器的深海采矿实时调度控制系统,结合嵌入式ARM控制系统和实时操作系统μC/OS-II对深海集矿机的轨迹规划、实时避障、故障监测等基本实时控制任务进行划分,将划分好任务分配到固定各个多处理器系统中。采用MCDF调度算法实现全局动态调度,从理论上分析了所提出算法的可调度性,并在深海采矿多处理器集矿机控制系统中验证了算法设计有效性和可行性,为嵌入式用于深海采矿研究进行了探讨,表明了算法的有效性。

关键词： 异构多核SoC   系统软件   操作系统   模拟器   多处理器  

摘要： 聚芯2000是研制中的一款多处理器SoC(System On Chip)芯片.相对于单处理器的聚芯1000系列,它内部集成了两个异构的龙芯1号CPU核,用于提供辅助的计算能力.作为底层硬件和上层应用的中间层次,系统软件某种程度上是决定一款芯片是否能用、好用的关键因素.因此,研究如何对聚芯2000的异构多处理器环境提供正确、有效的系统软件支持,对于聚芯2000项目有着重要意义.\n 本文首先介绍了常见的多处理器技术、模拟器的背景知识以及在多核环境下系统软件需要解决的几方面问题;接着从系统软件角度就运行环境、操作系统支持、以及编程模型展开讨论,随后介绍了聚芯20000异构多核环境.由于环境的异构性,我们采用了AMP方式的操作系统组织形式,即主从CPU上各运行一个操作系统实例,两者通过共享内存和IPCM(Inter-Processor Communicatiom Module)部件进行通信.编程模型方面,我们提供了自定义API用于面向数据的通信,并移植了VxWorks的VxMP组件以及虚拟网卡驱动等通信机制以简化多核环境下的编程.此外,为了辅助系统软件的开发和调试,我们还基于SimOS模拟器实现了对聚芯2000环境的功能级建模.