基于AMBA总线的异构多核高速互连技术的研究

摘要

随着半导体技术和嵌入式技术的快速发展,以及Java技术的广泛应用,Java的很多优点使其在嵌入式系统中的应用越来越广泛。但是,Java程序的运行,需要借助Java虚拟机(以下称为JVM),以及基础类库,因此,在嵌入式系统中限制了Java程序的运行速度,同时,Java的运行时环境以及基础类库需要占用较大的系统资源,在嵌入式系统这样资源有限的环境下,大大的限制了Java程序的执行性能。
　　由于这些限制,一些学者和企业开发出了Java处理器替代JVM用来提高Java程序的执行效率,如Sun公司开发的picoJava处理器、MartinSehoeberl开发的JavaOptimizedProcessor(以下称为JOP)等等,Java处理器是一种Java虚拟机的硬件实现。目前,在嵌入式开发中如何提高Java程序的执行性能,国内外的研究主要集中在采用将Java处理器集成到嵌入式系统中,与通用核构成异构多核系统来实现。
　　本文通过对AMBA(AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture)总线、LEON3微处理器系统以及JOP核的研究,提出“基于AMBA总线的异构多核高速互连”技术。通过设计一个基于有限状态机模型的JOP核的AMBA总线接口,将JOP核集成到LEON3微处理器系统中,实现了一个基于AMBA总线的异构多核系统。其中,JOP核用于执行Java应用程序,LEON3用于执行其他的普通程序,两个处理器通过高速AMBAAHB(AdvancedHigh-performanceBus)总线实现高速互连。
　　最后,本文采用XilinxISE12.4软件和ModelSimSE6.5仿真软件分别对接口的存储器读操作、存储器写操作、串口的读操作、串口的写操作、以及串口状态寄存器的读操作进行了仿真测试,验证了接口实现通信的正确性。采用Xilinx提供的Xpower功耗分析工具对异构多核系统的总体功耗进行了测试分析,并与多核LEON3系统的功耗进行对比分析,验证了基于AMBA总线的异构多核结构的低功耗设计。

目录

基于AMBA总线的异构多核高速互连技术的研究

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题来源与背景

1.2 课题的目的与意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的研究内容

第2章 基于AMBA总线的异构多核设计

2.1 AMBA总线

2.1.1 AMBA总线概述

2.1.2 AHB总线研究

2.1.3 APB总线

2.2 LEON3微处理器系统

2.2.1 系统的结构

2.2.2 LEON3微处理器

2.2.3 系统的配置

2.3 高性能Java处理器研究

2.3.1 高性能Java处理器概述

2.3.2 JOP核的结构

2.3.3 JOP核的存储器管理

2.3.4 JOP核的I/O管理

2.3.5 JOP核的运行

2.4 基于AMBA总线的异构多核结构设计

2.5 本章小结

第3章 面向JOP核的AMBA高速总线接口设计

3.1 JOP核的内部互连SimpCon总线

3.2 JOP核的AHB接口结构设计

3.3 JOP核的AHB接口状态机设计

3.4 JOP核的AHB接口详细逻辑设计

3.5 JOP核的AHB接口突发传输设计

3.6 本章小结

第4章 基于AMBA总线的异构多核互连仿真与测试

4.1 仿真测试平台的搭建

4.2 异构多核互连仿真测试流程

4.3 异构多核互连仿真测试结果及分析

4.3.1 JOP核AHB接口的读存储器仿真

4.3.2 JOP核AHB接口的写存储器仿真

4.3.3 JOP核AHB接口的读串口仿真

4.3.4 JOP核AHB接口的写串口仿真

4.3.5 基于AMBA总线的异构多核系统测试与功耗分析

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢