異構(gòu)雙核SoC設(shè)計與實現(xiàn)

　　摘要：異構(gòu)雙核SoC采用SPARC V8處理器加專用DSP的架構(gòu)，根據(jù)其應(yīng)用特點，設(shè)計了SPARC V8處理器與專用DSP之間互斥通訊機制。并完成了SPARC V8處理器的狀態(tài)控制設(shè)計與優(yōu)化、外部存儲控制器的接口優(yōu)化設(shè)計，以及SoC的整體功能驗證。FPGA實驗結(jié)果表明，異構(gòu)雙核SoC功能正確可靠，有效地提高了系統(tǒng)的效能比。

　　引言

　　從開發(fā)并行性的級別來看，指令級并行是一種普遍存在于各類程序中的細(xì)粒度并行性，隨著片上集成度的不斷提高，再增加動態(tài)指令窗口的體積和發(fā)射寬度將無助于高主頻的實現(xiàn)，開發(fā)更高的ILP，以獲得整體性能的提升所需的硬件設(shè)計和驗證開銷已很難承受。單芯片多處理器(CMP)是近年來微處理器體系結(jié)構(gòu)研究的熱點之一，它很好地解決了硬件設(shè)計和驗證復(fù)雜度提高的問題。在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域使用通用的RSIC處理器來完成，需要較高的性能才能達(dá)到其基本要求，系統(tǒng)的效能比很低。如果采用RSIC核加專用DSP核的異構(gòu)雙核結(jié)構(gòu)，普通控制部分由RSIC核實現(xiàn)，特殊功能部分能夠采用專用的DSP來實現(xiàn)，可有效地提高系統(tǒng)的效能比，可明顯提升系統(tǒng)性能，同時有效降低整個系統(tǒng)的功耗。

　　異構(gòu)雙核SoC設(shè)計與實現(xiàn)

　　異構(gòu)雙核SoC結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)彈載測控系統(tǒng)的應(yīng)用特點，采用RSIC處理器核加梯形圖解算專用DSP的異構(gòu)雙核結(jié)構(gòu)設(shè)計了SoC，如圖1所示。RSIC處理器核主要完成控制功能，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的啟動，主程序的運行，狀態(tài)的查詢與傳輸，功能塊的運算，以及中斷的處理。專用DSP核主要完成梯形圖的解算、IO狀態(tài)表的刷新等工作。　　

 

　　RSIC處理器核采用經(jīng)過多款芯片驗證的SPARC V8處理器核。處理器系統(tǒng)由整數(shù)處理單元、浮點處理單元、Cache子系統(tǒng)、中斷控制器、串口、定時器、看門狗、調(diào)試支持單元DSU等組成。在32KB指令Cache、16KB數(shù)據(jù)cache的配置下，采用Dhrystone2.1得出的運算性能可以達(dá)到0.86MIPS/MHz。

　　DSP核采用PLC梯形圖解算系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含了HLS解算單元、定時器、串口、地址譯碼單元、PTO、PWM、SPI等模塊構(gòu)成。

　　SoC運行方式

　　異構(gòu)雙核SoC的主要運行方式如圖2所示，主程序在SPARC V8處理器中運行，對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，然后進(jìn)入主程序，根據(jù)啟動策略配置進(jìn)行相應(yīng)的模塊初始化，接著進(jìn)入無限循環(huán)調(diào)度程序。在無限循環(huán)調(diào)度程序中，判斷是否運行專用DSP;如果運行專用DSP，則暫停SPARC V8處理器的運行，將總線控制權(quán)交給專用DSP完成PLC掃描程序的運行、IO狀態(tài)的刷新、特殊功能處理，專用DSP完成一次順序掃描后將控制權(quán)交還SPARC V8處理器，SPARC V8處理器接著完成相應(yīng)的通信處理，按IO映射表更新外部狀態(tài);如果不運行專用DSP，SPARC V8處理器直接執(zhí)行IO映射及相應(yīng)的通信處理，按IO映射表更新外部狀態(tài)，然后重新判斷是否運行專用DSP，進(jìn)行下一次循環(huán)。