适用于MIMO-OFDM的ASIP的设计与实现

摘要

在数字信号处理中，采用传统的数字信号处理器(DSP)或者专用集成电路(ASIC)难以同时满足处理速度高，功耗低和应用灵活性的需求。专用指令集微处理器(Application Specific Instruction set Processor,ASIP)结合了专用集成电路的高速性和数字信号处理器的可编程特性，逐渐成为在硬件实现时一个新型的研究领域。本文围绕ASIP的设计及其在MIMO-OFDM中的应用，主要进行了以下三个方面的工作：
　　 第一，设计并实现了一个基于精简指令集(RISC)结构的ASIP处理器，并在此基础上，设计了三种典型的基于RISC结构的ASIP并行处理机结构：SIMD结构、MIMD结构和紧藕合结构。
　　 第二，设计并实现了一个基于超长指令字(VLIW)结构的ASIP处理器，并且阐述了基于VLIW结构的ASIP设计方法，包括寄存器文件结构和寄存器文件大小的选择、功能单元的设计、指令格式的设计等。
　　 第三，以Xilinx公司FPGA Virtex5 lx85为载体，采用ASIP技术实现了MIMO-OFDM应用中两个典型操作：1024点快速傅立叶变换(FFT)和四阶矩阵求逆，实验结果表明我们的方法相比于其它的方法具有明显的优势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1论文的选课背景

1.2 ASIP简介及设计方法

1.2.1 ASIP技术简介

1.2.2 ASIP的设计方法

1.3本文的研究工作及章节安排

第二章 ASIP的几种典型体系结构

2.1 RISC结构和CISC结构

2.2 VLIW结构

2.3TTA结构

2.4本章小节

第三章 基于RISC结构的ASIP处理单元及其并行结构的设计

3.1基于RISC结构的ASIP处理单元结构设计

3.1.1算术运算部件

3.1.2通用寄存器组

3.1.3数据地址产生部件

3.1.4程序定序器

3.1.5 ASIP处理单元的存储器结构与数据交换寄存器组

3.1.6基于RISC结构的ASIP处理单元在FPGA的实现

3.2基于RISC结构的ASIP处理单元的专用指令集

3.3基于RISC结构ASIP并行结构的设计

3.3.1 SIMD并行结构

3.3.2 MIMD并行结构

3.3.3紧耦合并行结构

3.4本章小结

第四章 基于VLIW结构的ASIP设计

4.1基于VLIW结构的ASIP介绍

4.2基于VLIW结构的ASIP体系结构设计

4.2.1寄存器文件结构的选择

4.2.2寄存器文件的大小的选择

4.2.3运算功能单元的设计

4.2.4存储器结构设计

4.2.5基于VLIW结构的ASIP系统结构

4.3基于VLIW结构的ASIP指令集的选择和汇编器的设计

4.3.1基于VLIW结构的ASIP指令格式

4.3.2基于VLIW结构的ASIP指令集汇编器的设计

4.4本章小结

第五章 ASIP在MIMO-OFDM中的典型应用

5.1 FFT算法介绍

5.1.1传统DIT-FFT算法结构

5.1.2 DIT-FFT算法结构改进

5.2采用基于RISC结构的ASIP并行技术实现FFT

5.2.1采用基于RISC结构的ASIP并行处理1024点FFT

5.2.2各个PE之间数据通信问题的解决

5.2.3基于RISC结构的ASIP并行处理1024点FFT的FPGA实现

5.3采用基于VLIW结构ASIP实现FFT

5.3.1适用于FFT运算的VLIW结构ASIP体系结构

5.3.2适用于FFT运算的VLIW结构ASIP在FPGA的实现

5.4矩阵求逆算法介绍

5.4.1直接分析法

5.4.2 QR分解法

5.4.3分块求逆法

5.5采用基于VLIW结构的ASIP实现矩阵求逆

5.5.1适用于矩阵求逆的基于VLIW结构的ASIP体系结构

5.5.2适用于矩阵求逆的VLIW结构的ASIP在FPGA中的实现

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

在硕士研究生期间取得的研究成果