【摘要】：隨著片上系統(tǒng)(System on Chip, SoC)復(fù)雜性的增加,單個(gè)芯片的集成度飛速提高,多核心的片上系統(tǒng)的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈。為了解決片上系統(tǒng)在多核芯片中無(wú)法解決的眾多問(wèn)題,片上網(wǎng)絡(luò)(Network on Chip, NoC)的結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的SoC來(lái)說(shuō),具有高度的規(guī)整性和可擴(kuò)展性,易于發(fā)掘多核處理器并行工作的優(yōu)勢(shì)。但是,NoC架構(gòu)在解決曾經(jīng)系統(tǒng)不足的同時(shí),也對(duì)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。其中,如何組織和管理存儲(chǔ)以及如何進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的通信和同步,已經(jīng)成為該領(lǐng)域的重要課題。本文以實(shí)現(xiàn)合理多核系統(tǒng)的分布式共享內(nèi)存管理為目的,設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)基于片上網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的數(shù)據(jù)管理引擎,并為其提供了一定的同步機(jī)制。本文主要完成了以下工作：1.針對(duì)資源有限的ZedBoard硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái),為其定制了完整的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu),并針對(duì)性地采用了消耗資源少的仲裁算法和路徑選擇算法；2.配合片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了分布式內(nèi)存管理的主要模塊——數(shù)據(jù)管理引擎(Data Management Engine, DME),并結(jié)合使用了物理尋址和邏輯尋址的混合方式,使得分布式內(nèi)存對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)是連續(xù)不間斷的；3.在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理功能的基礎(chǔ)上,為系統(tǒng)提供了基于鎖的柵欄同步機(jī)制,方便了多個(gè)節(jié)點(diǎn)在有同步需求時(shí)的應(yīng)用；4.開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了DME的API接口函數(shù),使得在使用系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)和同步通信時(shí)能夠更加直觀(guān)；5.分別在模塊級(jí)和系統(tǒng)級(jí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了模擬功能驗(yàn)證,在驗(yàn)證中盡可能的覆蓋在實(shí)際情況中所能遇到的情況,包括了沖突和非沖突情況；6.完成了整個(gè)系統(tǒng)的FPGA原型設(shè)計(jì),并在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行了較為全面的驗(yàn)證,包括了所有的單個(gè)API接口函數(shù)和一些功能組合。
【圖文】：

該開(kāi)發(fā)板所采用的ＦＰＧＡ為拙ｉｎｘ邋ＺＣ７０２系列芯片，將一塊雙核的ＡＲＭ逡逑Ｃｏｒｔｅｘ邋Ａ９處理器和與QRｌｉｎｘ邋７系列可編程邏輯完美地結(jié)合在一起，可Ｗ創(chuàng)建獨(dú)逡逑特而強(qiáng)大的設(shè)計(jì)如圖２－１所示ＰＳ１。逡逑１邐＇邐ｒ＊逡逑２＊ＳＰＩ邐？邐Ｉ邐邋Ｉ邐＊邐１邐邐逡逑Ｃｅｎｔｒａｌ邋Ａｔｔｒｉｂｕｔｏｒ逡逑邐邋口ｕａｌ邋Ｃｏｒｅ－ＡＲＭ邋Ｃｏｒｔｅｘ邋Ａ９邐ＤＤＲ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋＊邋Ｄ郵逡逑２＊Ｉ２Ｃ邐？？￣￣？邐－，，一邋Ｉ邋＊邐邐逡逑邐邐ｒ逡逑２＊ＣＡＮ邐邐逡逑２＊ＵＡＲＴ邋－￣＾邐邋［邐１邋邐＊逡逑Ｖ＂逡逑Ｇ巧Ｏ邐？￣？邐Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ邋ｌｏｇｉｃ逡逑邐邐＜，逡逑：２＊ＳＤＩＯ邐＾＾邐畜逡逑ｗ她邋ＤＭＡ逡逑２＊ＵＳＢ邐邐逡逑ｗ邋地口ＭＡ逡逑邐邋邋舅逡逑；ｗ．逡逑２＊ＧｉｇＥ邐邐邐邐邐巧＇逡逑ｗｉｒｔｉＤＭＡ邐１邐ｉ逡逑圖２－１邋Ｚｙ叫系列忍片上的資源簡(jiǎn)圖逡逑因此，不僅可Ｗ利用該開(kāi)發(fā)板完成設(shè)計(jì)并搭建多核ＣＰＵ系統(tǒng)，同時(shí)還可Ｗ逡逑運(yùn)行基于Ｌｉｎｕｘ，Ａｎｄｒｏｉｄ等嵌入式ＯＳ／ＲＴＯＳ的設(shè)計(jì)。除此之外，Ｚｅ化ｏａｒｄ還提逡逑６逡逑

該開(kāi)發(fā)板所采用的ＦＰＧＡ為拙ｉｎｘ邋ＺＣ７０２系列芯片，將一塊雙核的ＡＲＭ逡逑Ｃｏｒｔｅｘ邋Ａ９處理器和與QRｌｉｎｘ邋７系列可編程邏輯完美地結(jié)合在一起，可Ｗ創(chuàng)建獨(dú)逡逑特而強(qiáng)大的設(shè)計(jì)如圖２－１所示ＰＳ１。逡逑１邐＇邐ｒ＊逡逑２＊ＳＰＩ邐？邐Ｉ邐邋Ｉ邐＊邐１邐邐逡逑Ｃｅｎｔｒａｌ邋Ａｔｔｒｉｂｕｔｏｒ逡逑邐邋口ｕａｌ邋Ｃｏｒｅ－ＡＲＭ邋Ｃｏｒｔｅｘ邋Ａ９邐ＤＤＲ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋＊邋Ｄ郵逡逑２＊Ｉ２Ｃ邐？？￣￣？邐－，，一邋Ｉ邋＊邐邐逡逑邐邐ｒ逡逑２＊ＣＡＮ邐邐逡逑２＊ＵＡＲＴ邋－￣＾邐邋［邐１邋邐＊逡逑Ｖ＂逡逑Ｇ巧Ｏ邐？￣？邐Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ邋ｌｏｇｉｃ逡逑邐邐＜，逡逑：２＊ＳＤＩＯ邐＾＾邐畜逡逑ｗ她邋ＤＭＡ逡逑２＊ＵＳＢ邐邐逡逑ｗ邋地口ＭＡ逡逑邐邋邋舅逡逑；ｗ．逡逑２＊ＧｉｇＥ邐邐邐邐邐巧＇逡逑ｗｉｒｔｉＤＭＡ邐１邐ｉ逡逑圖２－１邋Ｚｙ叫系列忍片上的資源簡(jiǎn)圖逡逑因此，不僅可Ｗ利用該開(kāi)發(fā)板完成設(shè)計(jì)并搭建多核ＣＰＵ系統(tǒng)，同時(shí)還可Ｗ逡逑運(yùn)行基于Ｌｉｎｕｘ，，Ａｎｄｒｏｉｄ等嵌入式ＯＳ／ＲＴＯＳ的設(shè)計(jì)。除此之外，Ｚｅ化ｏａｒｄ還提逡逑６逡逑
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TP315;TP333.1

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本文編號(hào)：2578184