带存储保护单元的多级片上互连结构设计

摘要

随着集成电路工艺技术的迅猛发展，在产业需求的强力推动下，微处理器逐渐由分时共享的单核/多核总线架构发展成为并行处理的多核片上互连架构。在多核处理器中，随着处理器核、存储资源和外设的增多，片内数据通信需求剧增，共享存储数据的保护问题也愈加突出，因此，迫切需要进行高效片上互连和存储保护机制的研究。
　　本文面向国产自主研发的同构八核微处理器Octa-Core DSP，提出一种带存储保护单元的多级片上互连结构，既能满足该多核处理器的通信需求，具有高带宽和低延迟的特点，又能保证整个多核处理器数据访问的安全性。本文的主要工作和创新点如下：
　　?对片上互连和存储保护的发展和研究现状进行分析，结合同构八核微处理器Octa-Core DSP的结构特点，提出了带存储保护单元的多级片上互连的总体结构。
　　?设计并实现了多级片上互连结构：首先，从总体上分析了多级片上的性能需求；其次，规划了总体拓扑结构和每一级详细拓扑结构；进而，对多级片上网络的流控机制、仲裁分发策略、交换开关类型、路由表以及参数寄存器进行了设计；最后，基于AMBA AXI4协议，设计了多级片上互连的互连协议。
　　?设计并实现了存储保护单元：首先，从总体上分析了Octa-Core DSP中存储保护功能需求；其次，定义了存储保护单元的总体结构和在多级片上互连中的位置；再者，对存储保护单元的各个功能进行了详细设计，包括权限级别、许可结构、访问控制流程、参数寄存器等。
　　?对本文设计进行了功能验证：首先，根据现行的验证方法论制定了详细的验证策略；其次，分别对多级片上互连和存储保护单元进行了模块级验证和结果分析；最后，构建统一的带存储保护单元的多级片上互连验证平台并进行了功能验证和结果分析。

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第一章 绪论

1.1 片上互连的发展必要性及现状

1.2 存储保护技术的发展必要性及现状

1.3 总体结构设计

1.4 本文的工作及组织结构

1.5 本章小结

第二章 ExpressNet的设计

2.1 ExpressNet拓扑结构

2.2 ExpressNet协议及信号

2.3 ExpressNet与存储保护单元的相互支持

2.4 本章小结

第三章 存储保护单元的设计

3.1 存储保护单元的拓扑结构

3.2 寄存器的设计

3.3 本章小结

第四章 模块级验证及多模块级综合验证

4.1 验证方法论

4.2 ExpressNet的验证

4.3 存储保护单元的验证

4.4 多模块级综合验证

4.5 性能分析总结

4.6 本章小结

结束语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录 路由表