基于AMBA总线的SoC架构优化研究与设计

摘要

随着大规模集成电路的迅速发展，系统芯片的架构越发复杂。在相同的资源情况下，系统性能和系统架构息息相关。优秀的系统架构设计方案对于提高系统性能可以起到事半功倍的效果。因此本课题以主流系统架构——基于AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)的系统架构为研究目标，力图通过优化共享AMBA总线的资源配置，从而优化系统芯片性能。
　　本课题研究了目前多核处理器的主流系统架构，对AMBA的总线结构进行详细的分析和总结。在此研究基础上，本课题建立了一套完整的系统架构优化方案，采用仿真模型与分析模型相结合，以降低系统通信延迟为提升系统性能的突破口。具体办法主要是通过合理配置各个设备对总线资源的占用以提高总线的并行工作效率，从而降低事件传输的延迟周期，进而达到提高系统性能的目的。具体工作内容包括：(1)对系统架构建立普适的仿真系统模型，其目的是可以快速地得到不同激励情况下系统的通信状况，以此便可以验证优化算法的实际效果。(2)设计了延迟监测IP(Intellectual Property)核，用来监测系统架构中各个主设备与从设备之间的通信状况，包括系统运行中各个主设备通信量的大小，以及各个主设备占用总线的周期数与申请总线仲裁的等待时间。(3)建立对应的系统分析模型，通过系统分析模型的分析建立优化系统架构的相应准则。(4)通过分析模型提取通信数据图与通信矩阵作为优化算法的初始值。进而通过子集最优分配算法对系统进行优化，该算法主要通过优化不同总线之间的转接桥的通信量，来保证总线之间工作的并行性，以达到最后降低整个系统的通信延迟。
　　为验证提出本文提出的系统架构优化方法，文章最后分别运用单总线系统架构、双总线系统架构与四总线系统架构进行完整的优化步骤验证流程，证明本文提出的方法具有操作性强、高效灵活的优点。通过对比优化前后系统架构与系统延迟周期的结果发现优化算法取得了明显的成效，优化后系统的系统延迟有大幅度的下降，总线资源利用率得到大幅度的提升。

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缩略词

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 系统级分析

1.3 课题的国内外研究概况

1.4 本文的章节安排及创新点

第二章 多核处理器与总线系统架构分析

2.1 处理器的发展形势

2.2 主流片上总线的结构标准

2.3 AMBA总线结构

2.4 AHB总线协议概述

2.5 转接桥原理概述

2.6 本章小节

第三章 系统模型的分析与设计

3.1 系统仿真模型的构造

3.2 主处理器访问从设备的实现过程

3.3 模型数据动态采样

3.4 系统分析模型的构建

3.5 本章小节

第四章 基于最优子集分配办法的系统模型优化

4.1 算法优化原理及意义

4.2 提取通信数据图与矩阵

4.3 算法优化办法

4.4 算法实践流程

4.5 实验结果与分析

4.6 本章小节

第五章 基于系统延迟优化模型的平台开发与实现

5.1 实验平台搭建

5.2 系统架构的搭建

5.3 系统架构优化

5.4 实验结果对比与分析

5.5 本章小节

第六章总结和展望

6.1 本文的主要工作

6.2 进一步的研究工作及展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文