【摘要】：針對(duì)國外軟核處理器需要支付高額授權(quán)費(fèi)、不提供硬件描述語言HDL源代碼、系統(tǒng)不能靈活配置、提供的技術(shù)支持有限等不同方面的問題,對(duì)國產(chǎn)自主研發(fā)的龍芯軟核處理器LS232的微架構(gòu)和特性進(jìn)行了研究,提出了以現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA為開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款經(jīng)過改進(jìn)的基于軟核處理器LS232的片上系統(tǒng)SoC。其主要研究內(nèi)容如下:第一,調(diào)研了航天領(lǐng)域處理器的發(fā)展現(xiàn)狀,研究了SoC設(shè)計(jì)的基本方法學(xué)和技術(shù)特點(diǎn),分析并比較了目前主流的軟核處理器的基本特性,說明了幾種片上總線的特征,重點(diǎn)研究了高速總線AXI總線和低速總線APB總線的傳輸協(xié)議,說明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際意義。第二,概述了軟核處理器LS232的基本特性,簡述了LS232所采用的處理器架構(gòu)MIPS的指令集。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于軟核處理器LS232的SoC硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)。其中硬件平臺(tái)搭建包括對(duì)第三方不提供的IP核模塊AXI MUX和AXI2APB進(jìn)行設(shè)計(jì),IP核的復(fù)用和系統(tǒng)時(shí)鐘規(guī)劃。軟件平臺(tái)搭建包括交叉編譯器GCC的安裝、PMON的編譯和Linux的配置編譯。第三,對(duì)系統(tǒng)中三類存儲(chǔ)器接口進(jìn)行了測試驗(yàn)證,對(duì)設(shè)計(jì)完成的嵌入式系統(tǒng)SoC進(jìn)行了測試驗(yàn)證,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了性能評(píng)估和資源占用分析�？偨Y(jié)了設(shè)計(jì)中存在的不足之處,并提出了改進(jìn)的想法。測試驗(yàn)證和性能評(píng)估表明:該系統(tǒng)可以在68MHz的時(shí)鐘頻率下快速穩(wěn)定地運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)。而且相較于傳統(tǒng)的基于NIOS II和MicroBlaze的SoC,以及新型的軟核處理器RISC V和LS132的SoC,基于LS232的SoC具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、性能高等特點(diǎn),并且LS232作為國產(chǎn)軟核處理器,在可靠性與安全性方面具有較大優(yōu)勢,可滿足航天領(lǐng)域?qū)η度胧教幚砥靼踩耘c可靠性的需求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP332;TN47
【圖文】：

基于龍芯軟核處理器 LS232 的 SoPC 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)表 3.5 AXI 總線的寫響應(yīng)通道信號(hào)Table 3.5 Write response channel signals信號(hào) 位寬 信號(hào)源 信號(hào)描述BID[3:0] 4 從設(shè)備 響應(yīng)標(biāo)識(shí)符信號(hào)BRESP[1:0] 2 從設(shè)備 寫響應(yīng)信號(hào)BVALID 1 從設(shè)備 寫響應(yīng)有效信號(hào)BREADY 1 主設(shè)備 寫響應(yīng)準(zhǔn)備信號(hào)3.1.3 AXI 總線的讀寫操作AXI 總線上的讀突發(fā)傳輸時(shí)序如圖 3.3 所示，主設(shè)備根據(jù)首地址和控制信號(hào)從讀數(shù)據(jù)通道讀取 4 個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶詈笠粋�(gè)時(shí)，RLAST 信號(hào)變成高電平，表示此次突發(fā)傳輸結(jié)束。

圖 3.4 AXI 總線上的交錯(cuò)讀突發(fā)傳輸時(shí)序圖Figure 3.4 Overlapping read burstsAXI 總線上的寫突發(fā)傳輸時(shí)序如圖 3.5 所示，主設(shè)備先向?qū)懙刂吠ǖ腊l(fā)送地址和控制信息，接著向?qū)憯?shù)據(jù)通道發(fā)送寫數(shù)據(jù)通道，當(dāng)主設(shè)備發(fā)送最后一項(xiàng)數(shù)據(jù)時(shí)，WLAST 信號(hào)變成高電平。當(dāng)從設(shè)備接收完數(shù)據(jù)后，就會(huì)通過寫響應(yīng)通道向主設(shè)備發(fā)送寫響應(yīng)信號(hào)，表示此次寫傳輸完成。

圖 3.4 AXI 總線上的交錯(cuò)讀突發(fā)傳輸時(shí)序圖Figure 3.4 Overlapping read burstsAXI 總線上的寫突發(fā)傳輸時(shí)序如圖 3.5 所示，主設(shè)備先向?qū)懙刂吠ǖ腊l(fā)送地址和控制信息，接著向?qū)憯?shù)據(jù)通道發(fā)送寫數(shù)據(jù)通道，當(dāng)主設(shè)備發(fā)送最后一項(xiàng)數(shù)據(jù)時(shí)，WLAST 信號(hào)變成高電平。當(dāng)從設(shè)備接收完數(shù)據(jù)后，就會(huì)通過寫響應(yīng)通道向主設(shè)備發(fā)送寫響應(yīng)信號(hào)，表示此次寫傳輸完成。

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本文編號(hào)：2761149