检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机工程与设计 2012年第3期33卷 916-920页

作者：徐劲松王志新严迎建解放军信息工程大学电子技术学院河南郑州450004

提出了一种专用指令处理器的软硬件协同设计方法,该方法可以在设计的早期阶段对处理器进行系统探索和验证。根据椭圆曲线密码算法的特点,并按照专用指令处理器的设计原则,以椭圆曲线密码运算基本操作及运算存储特性为基础,设计了超长指... 详细信息

提出了一种专用指令处理器的软硬件协同设计方法,该方法可以在设计的早期阶段对处理器进行系统探索和验证。根据椭圆曲线密码算法的特点,并按照专用指令处理器的设计原则,以椭圆曲线密码运算基本操作及运算存储特性为基础,设计了超长指令字ECC专用指令处理器的指令集结构模型。根据处理器的指令集结构模型,以指令模拟器为基础,搭建了处理器的软硬件协同验证平台,从系统设计、RTL描述和FPGA硬件原型3个不同层次对处理器进行了验证。

关键词：椭圆曲线密码体制专用指令集处理器指令集体系结构指令集模拟器软硬件协同设计

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嵌入式系统微处理器模拟器研究及应用

嵌入式系统微处理器模拟器研究及应用

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作者：周兵广西工学院

学位级别：硕士

指令集模拟器是目前处理器研究及应用的一个重要内容,是现有计算机体系结构设计方案中不可缺少的辅助工具。通过设计和研究指令集模拟器,设计者能够在硬件制作完成前,事先验证新设计的处理器的正确性,设计并验证与之相关的新型编译器,... 详细信息

指令集模拟器是目前处理器研究及应用的一个重要内容,是现有计算机体系结构设计方案中不可缺少的辅助工具。通过设计和研究指令集模拟器,设计者能够在硬件制作完成前,事先验证新设计的处理器的正确性,设计并验证与之相关的新型编译器,调试和评估操作系统,以及测试系统结构的参数配置等。在嵌入式系统开发中,指令集模拟器也起着重要的作用。用户在真实硬件开发环境不足的情况下,应用指令集模拟器也能实现对设计软件的调试和评估,从而摆脱了真实硬件的局限,也降低了研发过程中的成本。随着处理器研制技术的不断发展以及人们对处理器设计要求的日益提高,指令集模拟技术面临着新的挑战。就本课题所研究的MIPS处理器而言,它是一款性能卓越的多流水处理结构的嵌入式微处理器,它先后推出了32位处理器和64位处理器的指令集,与以往的处理器芯片不同的事,它的指令集是向下兼容的,即32位处理器指令集是64位处理器指令集的子集。这个在设计上就不能按照原有的设计思路,将这两种指令集分别设计,而应将其整合成在一起,既能同在一个模拟器中又能单独完成32位和64位机器各自的工作。同时在速度上又有更高的要求,不仅要求能够快速的运行单独的程序,还要求能加载操作系统,并能达到较快的启动速度。回顾整个设计过程,首先详细分析MIPS处理器的结构特征,实现MIPS 32&64位指令集的解释模拟方案和动态翻译模拟方案;然后基于嵌入式全系统模拟器平台SimSoC,设计出基于SystemC的指令集模拟框架,并完成了包括地址翻译在内的MIPS 32&64位处理器内存管理单元的模拟设计,同时实现了缓存的功能模拟;在此基础上模拟出以MIPS 32&64位为核心的DBAU1500嵌入式主板主要部件的功能模拟,其中包括UART,FLASH等外设,从而在模拟器上由U-BOOT引导启动LINUX系统的加载工作。

关键词：指令集模拟器全系统模拟操作系统加载

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基于FPGA和ISS的软硬件协同验证技术

基于FPGA和ISS的软硬件协同验证技术

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作者：李锋伟哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着集成电路制造技术的快速发展,出现了片上系统(System onChip,SoC),一种高度集成的单芯片嵌入式系统。目前SoC已经成为国际超大规模集成电路的发展趋势和集成电路的主流,引领嵌入式系统的发展。SoC的高度集成特性、高性能要求以及高... 详细信息

随着集成电路制造技术的快速发展,出现了片上系统(System onChip,SoC),一种高度集成的单芯片嵌入式系统。目前SoC已经成为国际超大规模集成电路的发展趋势和集成电路的主流,引领嵌入式系统的发展。 SoC的高度集成特性、高性能要求以及高额的设计、流片费用,要求设计者在布局、布线及流片前,必须保证系统功能正确无误,但是验证如此复杂的嵌入式SoC是非常困难的。而且,随着集成度的不断提高,嵌入式SoC验证将更加困难,验证技术已经落后于设计技术,验证最终设计的正确性被视为设计更大规模的系统的重要瓶颈。传统的验证方法是软件和硬件分开验证,在硬件设计周期,进行硬件验证,而软件验证必须等到硬件平台搭建好后才能进行。本文建立了一种基于硬件加速器FPGA和指令集模拟器ISS对嵌入式系统功能进行软硬件协同验证的方案,并对该方案进行了深入的探讨和研究。(1)将该方案模型,依据功能划分三个阶段,层次清晰;(2)针对此方案的实现,设计改造了传统的ISS,使其能够适应协同验证环境,并设计实现了改造后的ISS模拟调度核心算法和寄存器加载指令模拟算法;(3)分析了协同验证过程中软硬件交互技术,给出总线功能模型BFM结构及其详细的工作过程,并设计实现了总线时序产生的相应算法。(4)分析讨论了软硬件协同过程中的同步问题,并设计实现了其协同同步算法。(5)设计实现了基于Monitor和Host的调试环境。最后将该方案应用到具体实例中,经验证分析表明,基于FPGA和ISS的协同验证方法,在对嵌入式应用系统验证中与其他几种常用方法比较具有较明显的优势。

关键词：软硬件协同验证硬件加速器指令集模拟器总线功能模型协同同步

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基于SPARC V8的虚拟仿真平台的设计与实现

基于SPARC V8的虚拟仿真平台的设计与实现

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作者：李涛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着应用需求的发展以及集成电路制造能力的不断提高,SoC的设计复杂度急剧增加,传统的SoC设计方法已不能满足市场需求。以指令集模拟器为核心的虚拟仿真平台在ESL设计的推动下逐渐引起了人们的重视。相比于传统的以硬件描述语言(比如Ver... 详细信息

随着应用需求的发展以及集成电路制造能力的不断提高,SoC的设计复杂度急剧增加,传统的SoC设计方法已不能满足市场需求。以指令集模拟器为核心的虚拟仿真平台在ESL设计的推动下逐渐引起了人们的重视。相比于传统的以硬件描述语言(比如Verilog HDL,VHDL等)搭建的平台,基于高级建模语言的虚拟仿真平台能够在设计初期被用于探索不同的软硬件划分方案,并在完成RTL SoC验证平台的开发之前,为嵌入式软件的开发和测试提供虚拟验证环境。为降低嵌入式软件开发和测试的成本,同时为系统架构设计提供虚拟环境,本文在已有的虚拟机技术基础之上提出了一种虚拟仿真平台的通用建模框架,该框架主要由三部分组成,分别为UTM系统、系统硬件的接口抽象以及辅助功能模块。其中UTM系统是对硬件系统中时钟源的抽象,用于维护系统仿真时间的前进,同时管理仿真平台中各模块产生事件的注册、删除以及调度执行。系统硬件的接口抽象主要包括指令集模拟器的实现框架以及模拟器与外围I/O设备的通信接口。基于该框架实现了SPARC V8指令集架构下的全系统仿真平台。对指令集模拟器,根据处理器通用执行框架对执行阶段的划分,实现了取指令、指令译码、指令执行、中断检测以及异常处理等过程。对外围设备,通过通信接口以及UTM系统提供的机制,可以快速地建模其功能。指令集模拟器和外围设备通过AMBA总线模型互连。在完成了上述平台的搭建后,本文将uC/OS-Ⅱ实时操作系统内核代码移植到了建模的SPARC平台中。验证和性能分析结果表明,uC/OS-Ⅱ操作系统内核的多任务环境可以成功地在该仿真平台上运行,同时本文中实现的UTM系统在空载时的峰值速率可以到达300MHz。在将SPARC仿真平台作为负载运行时,SPARC指令集模拟器的指令执行速率为120MIPS,比实际硬件的执行速率要快出2-3倍。

关键词：虚拟仿真平台 UTM系统指令集模拟器实时操作系统

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SOC软硬件协同模拟中软件模拟器的设计与实现

SOC软硬件协同模拟中软件模拟器的设计与实现

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作者：任志清上海大学

学位级别：硕士

系统芯片SOC(System on a Chip)的出现使得整个系统在一个芯片上实现成为可能，但设计的复杂性也给设计方法和设计流程提出了更高要求。SOC软硬件协同模拟可以在SOC设计的前期很好地发现与反馈设计中存在的问题，但随着SOC功能的不断增... 详细信息

系统芯片SOC(System on a Chip)的出现使得整个系统在一个芯片上实现成为可能，但设计的复杂性也给设计方法和设计流程提出了更高要求。SOC软硬件协同模拟可以在SOC设计的前期很好地发现与反馈设计中存在的问题，但随着SOC功能的不断增加、应用领域的不断扩展，传统的基于专门硬件描述语言的模拟模型设计方法已不能满足设计的复杂性与快速变化性要求，有效而快速地开发准确的协同模拟模型已成为SOC设计流程中的一个瓶颈。 \n 面向对象的分析与设计能显著降低问题的复杂性。本文在对面向对象理论与SystemC建模技术作了深入研究后，分析了面向对象思想在具有硬件特性的SOC模拟模型设计中的适用性。\n 论文探讨了SOC软硬件协同模拟模型中软件模拟器的构建方法，利用面向对象技术建立了指令集模拟器ISS(Instruction Set Simulator)，在ISS的构建中，提出了将并发处理提取作为单独模块实现，有利于设计重用。在总线模拟模型BSM(Bus Simulation Model)的构建中，采用了面向对象中的接口方法调用原理，结合SystemC的接口方法调用实现机制，实现了具有良好设备可扩充性的BSM。分析了基于C++的ISS与基于SystemC的BSM在集成中存在的问题与难点，提出了将ISS包装与BSM进行无缝连接的解决方案。最后，自行设计与开发了模拟运行平台。 \n 实验结果与代码共用率计算结果表明，本文实现的软件模拟器的指令模拟运行是有效的，设计与代码实现也可在一定程度上被重用。

关键词：系统芯片指令集模拟器总线模拟模型面向对象软件模拟器硬件描述语言

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针对动芯基带芯片的多核模拟平台的设计与实现

针对动芯基带芯片的多核模拟平台的设计与实现

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作者：周鸣重庆邮电大学

学位级别：硕士

移动通信技术的不断发展,对基带芯片的数据处理能力和实时性提出了更高的要求。多核DSP结构已成为高性能基带芯片的发展趋势,但是越来越复杂的芯片结构和处理过程导致了研发时间和成本的提高。软件模拟器使得芯片在软硬件独立开发过程... 详细信息

移动通信技术的不断发展,对基带芯片的数据处理能力和实时性提出了更高的要求。多核DSP结构已成为高性能基带芯片的发展趋势,但是越来越复杂的芯片结构和处理过程导致了研发时间和成本的提高。软件模拟器使得芯片在软硬件独立开发过程中就可以提前发现问题,大大降低了上市时间和研发成本,因此亟需开发一款多核模拟器来解决多核DSP结构中存在的问题。中科院计算所研发的动芯系列基带芯片缺少针对它的软件模拟工具,这种情况导致了如下问题:(1)难以在芯片完成之前对应用程序进行评估分析;(2)片上多核的应用程序调试困难。基于此,本文以动芯基带芯片为原型,以动芯DSP指令集模拟器为实验平台,设计实现了一款面向软件开发人员的多核模拟平台。本文从两个方面对其进行了分析:(1)多核模拟的关键技术;(2)动芯多核模拟平台的架构设计。多核模拟的关键技术解决的是多核并行、核间通信、核间同步以及中断控制的问题,其实验平台是指令集模拟器。单核到多核的设计实现过程如下:通过多线程技术,解决多核应用程序在各DSP核上并行地运行和调试的问题;通过修改DSP核的访存指令来访问共享内存,解决核间通信的问题;通过添加互斥锁和信号量指令,解决核间同步的问题;通过在DSP核中添加接收保存中断信息,控制执行中断服务程序的功能,解决中断控制的问题。这些技术使得多个DSP核之间相互联系,相互作用,成为一个多核DSP的有机整体。动芯多核模拟平台的架构设计基于多核DSP模拟器,融合了典型基带芯片的模块,使得平台能够模拟动芯基带芯片的行为。整个平台除了多核DSP外,还融合了DMA控制器以及硬件加速器等核心的基带功能模块。其中,DMA控制器模块根据它在基带芯片中的功能进行单独地模拟设计。硬件加速器模块则是对已有的C模型进行修改,使其融合到模拟平台中后可以被重复地调用。最后,本文对上述关键技术和系统架构分别进行了验证。实验结果表明,设计实现的多核模拟平台支持软件开发人员对多核应用程序进行并行地调试,以及从指令数、周期数和运行时间等方面进行评估分析。

关键词：多核 DSP 基带芯片指令集模拟器多线程

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基于指令分解的微处理器验证与RTL级错误定位

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计算机工程与科学 2005年第5期27卷 97-100页

作者：沈胜宇李思昆国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

本文提出并实现了一种新的基于指令分解的微处理器验证与RTL级错误定位方法。该方法从指令集模拟器的模拟结果中将指令分解为功能单元上的操作序列,并且输入和输出数据。将该结果与RTL模型的模拟结果比较,使RTL级错误定位精确到功能单... 详细信息

本文提出并实现了一种新的基于指令分解的微处理器验证与RTL级错误定位方法。该方法从指令集模拟器的模拟结果中将指令分解为功能单元上的操作序列,并且输入和输出数据。将该结果与RTL模型的模拟结果比较,使RTL级错误定位精确到功能单元级。相对于传统的方法,大大提高了效率。

关键词：微处理器指令分解动态模拟控制电路指令集模拟器 RTL级错误定位方法

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基于V850/MS1硬件系统模拟器的研究与实现

基于V850/MS1硬件系统模拟器的研究与实现

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作者：柏琦峰浙江大学

学位级别：硕士

近年来,电力电子嵌入式系统发展迅速,产生了很多芯片开发商,日本NEC公司的V850系列处理器在电力电子、汽车电子、工业控制等领域都有着广泛的应用,而随着嵌入式芯片的不断成熟,对于电力电子软件的要求不断提高,其中缩短软件开发周期和... 详细信息

近年来,电力电子嵌入式系统发展迅速,产生了很多芯片开发商,日本NEC公司的V850系列处理器在电力电子、汽车电子、工业控制等领域都有着广泛的应用,而随着嵌入式芯片的不断成熟,对于电力电子软件的要求不断提高,其中缩短软件开发周期和保证系统开发的安全性变得尤为重要;另一方面模拟技术不断发展,已经从一些实际实验难以实现的领域快速发展到了电力电子嵌入式系统领域。模拟技术是嵌入式软件开发的重要组成部分。模拟技术应用于嵌入式软件开发的特点是能够模拟真实环境,开发和调试平台一致,人们可以利用模拟技术改善软件开发流程和保证软件的安全性,从而缩短产品开发周期。电力电子领域的系统具有实时性强和精度高的特点,现有的模拟技术没有在这两块所特点的研究。基于V850E/MS1处理器,本文研究和设计了适合V850E/MS1体系的模拟器架构。该模拟器架构采用指令周期概念,解决了模拟硬件系统各部件同时运行的机制。然后针对V850E/MS1模拟器架构的两大部分,内核和外设的模拟分别进行了研究,提出了周期精确的基于缓存的指令集模拟技术,同时提高了模拟运行速度和精度,还实现了存储机制、中断机制和外设机制的模拟,并在此基础上完成了一个V850E/MS1模拟器。接着,对实现的模拟器进行了功能和性能的测试,分析了模拟器的速度和精度与真实环境的差别。V850E/MS1模拟器的实现为高效开发电力电子嵌入式软件奠定了很好的基础。

关键词： V850/MS1 指令集模拟器周期精确缓存机制

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面向TI C67X DSP深度流水线及并行指令执行模拟优化技术的研究

面向TI C67X DSP深度流水线及并行指令执行模拟优化技术的研究

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作者：高进浙江大学

学位级别：硕士

指令集模拟器(ISS)是一种运行在宿主机平台上能够模拟目标硬件结构的软件系统。目标硬件结构可以与宿主机结构同构或者异构。由于ISS可以有力支撑处理器及芯片设计、软硬件协同开发,以及软件可靠性测试,因而得到广泛的应用。随着目标体... 详细信息

指令集模拟器(ISS)是一种运行在宿主机平台上能够模拟目标硬件结构的软件系统。目标硬件结构可以与宿主机结构同构或者异构。由于ISS可以有力支撑处理器及芯片设计、软硬件协同开发,以及软件可靠性测试,因而得到广泛的应用。随着目标体系结构高性能、并行化发展,如何优化ISS软件性能,有效提高其执行效率已成为迫切需求。本文以TI公司的TMS320C67x(下文简称为c67x)高性能DSP为目标硬件结构,深入分析其VLIW(Very Long Instruction Word,超长指令字)体系结构中深度流水线及并行指令执行特性,提出了深度流水线模拟及并行指令执行的优化模拟技术。通过大量性能测试发现上述方法可以有效提升指令集模拟执行性能。同时这些方法也适用于其他VLIW体系结构的硬件模拟。基于这些优化技术,本文实现了 c67x的模拟器sim6713。本文的主要工作如下:1)针对分阶段模拟c67x深度流水线机制导致的性能开销,提出了一种压缩流水线阶段的优化模拟方法,通过循环缓存记录指令的延迟周期数,使模拟器只模拟一个执行阶段即可完成等效的功能模拟,从而有效提升执行性能。进而针对目标程序中包含大量nop指令情况,通过分析nop的作用以及与流水线的关系,设计了 nop指令的优化模拟方法。2)分析了 c67xDSP支持指令包的并行指令执行特性,通过大量的实证分析,发现并行执行包中的指令更新存在显著的稀疏特性。据此提出了一种并行指令的寄存器写时拷贝技术,该方法可以有效降低指令更新时产生的大量内存拷贝操作。3)通过在 dhrystone、whetstone、linpack 等 Benchmark 测试,以及与 TI 公司的c67x ISS软件性能对比测试,验证了本文工作的有效性。

关键词：指令集模拟器 VLIW 流水线模拟优化 nop 并行指令模拟优化

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應用於智慧工業之可攜式虛擬處理器系統

應用於智慧工業之可攜式虛擬處理器系統

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作者：許士杰成功大學

学位级别：碩士

自从工业4.0之兴起，快速开发新一代产品以满足上市时间的最终期限是非常重要的。开发商需要评估其需求而选择匹配之硬件设备，如数位讯号处理器（DSP）、嵌入式系统硬体开发板等。举例来说，机器手臂被导入自动化生产作业流程时，为了... 详细信息

自从工业4.0之兴起，快速开发新一代产品以满足上市时间的最终期限是非常重要的。开发商需要评估其需求而选择匹配之硬件设备，如数位讯号处理器（DSP）、嵌入式系统硬体开发板等。举例来说，机器手臂被导入自动化生产作业流程时，为了控制机械手臂、监控机械手臂之健康状况、数据处理、数据接收与传送，开发商必须选择一个高性能开发板或者透过通用型电脑来处理多个任务或采用即时作业系统，然而，不论是在何种工业领域中，快速移植应用程式甚至是移植作业系统到不同的硬体平台上是非常不容易的而且需要很多时间去移植。一个平台上为了支援应用程式可移植性，通常会挂载一个虚拟机器，像是JVM、BlueStacks…等，然而由於工业上使用嵌入式系统开发之硬体平台记忆体资源有限，必须要考虑到其记忆体限制而选择相对应之虚拟机器。在虚拟机器上应提供软体除错功能以利开发者除错。另一方面，在工业的自动控制领域中，控制器是不可或缺的角色，而市面上所使用的运动控制卡通常以脚本语言进行撰写并控制工业应用之嵌入式硬体，若是此虚拟机器能提供弹性增加指令的话，而能将每一个指令对应到一个控制演算法，虚拟机器也能如市面上直译方式将指令转为相对应之动作，丰富了虚拟机器於工业上之应用。在本论文中，我们提出了应用於智慧工业之可携式虚拟处理器系统，虚拟处理器系统是一个C语言撰写之RISC-V指令集模拟器，而在DSP28335之执行档大小包含支援GDB的模组仅需23.65 KB而在host x86上仅需43.4 KB，比RISC-V官方提供之指令集模拟器小了约10倍左右。本论文提出之虚拟处理器系统支援GDB远端除错功能，除了支援一般TCP/IP沟通方式外，亦提供了使用串行通信 (Serial Communication) 之GDB除错方式，而考虑到可能会有人透过除错路径进行非法记忆体存取，虚拟处理器系统提供了记忆体保护机制来防止这种情况。另一方面，虚拟处理器系统可以扩增指令集来符合工业应用，像是应用於运动控制卡。最後，为了评估虚拟处理器系统，我们选择DSP28335以及host x86平台作为我们的评估平台，在DSP28335执行效能约0.23 MIPS，而在host x86平台执行效能约40-60 MIPS，并使用了Mibench 作为平台验证之testbench，另外，我们将FreeRTOS修改并成功运行在本论文提出之虚拟处理器系统上。

关键词：數位訊號處理器嵌入式系統指令集模擬器 RISC-V 智慧工業

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