基于OVP的多核处理器系统级建模与评估

摘要

随着通信和多媒体领域等应用变得越来越复杂，软件应用对于硬件的性能要求也越来越高，可编程多核处理器由于其既具备单核处理器的灵活性，又有比单核处理器更高的性能优势，成为了研究热点。另一方面，多核处理器由于其硬件设计和软件应用的开发难度都非常大，利用多核处理器的系统级模型在硬件设计前期首先对多核系统架构进行探索，并同时进行多核软件开发，这样有利于寻求最优架构，减少研发周期。针对这一情况，本文提出了一种多核处理器的系统级建模方法，并利用该建模方法构建了一个64核的多核虚拟平台，该虚拟平台可用于探索多核系统架构和开发多核软件应用。本文的主要工作如下:
　　1.提出一种构建多核处理器模型的方法
　　本文提出了一种多核处理器的系统级建模方法，使用OVP提供的快速处理器模型，并针对特定应用修改了单核模型，添加了一些特殊指令，OVP处理器模型由TLM2.0接口封装;利用SystemC和TLM2.0对NoC进行全定制建模，并且利用TLM2.0接口将整个系统拼接起来构成多核虚拟平台。利用OVP的仿真工具OVPsim运行多核虚拟平台，可以达到极高的仿真速度;采用TLM2.0的松散定时建模方法，用抽象数据类型表示多时钟周期的传输，进一步加快了仿真速度。
　　2.硬件加速单元建模
　　本文利用OVP的Semihosting机制对多核系统中的硬件加速单元进行了建模，通过函数名判断是否调用加速单元模型，在调用加速单元模型时相当于只执行一条指令，与真实的硬件加速单元表现基本一致。
　　3.NoC建模与评估
　　本文的多核虚拟平台对片上网络进行了全定制建模，利用SystemC和TLM2.0分别对网络接口、物理链路、路由器三个NoC组件建模，通过TLM2.0接口将各个NoC组件拼接起来构成NoC模型。本文的多核虚拟平台集成了第三方工具ORION2.0，实现了对NoC面积和功耗的评估。此外，通过跟踪FIFO的深度信号探索FIFO深度的设定。
　　4.多核软件评估
　　提出了利用多核虚拟平台对多核软件应用进行评估的方法。本文构建的多核虚拟平台可以仿真运行多核软件应用，其运行结果与真实的硬件仿真没有区别。本文的多核虚拟平台可以提供每个核的执行指令数，以评估多核软件应用的性能，有助于探索多核软件应用的任务划分及在多核上的映射方案。本文以LTE的下行接收链路载频同步程序为例，对软件应用的性能进行了评估。

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图表索引

摘要

英文缩写说明

第一章 引言

1．1 研究背景

1．2 研究理念

1．3 主要工作

1．4 论文章节安排

第二章 SystemC及其事务处理级建模TLM2．0

2．1 SystemC概述

2．2 SystemC的核心内容及基本语法

2．3 SystemC事务处理级建模——TLM2．0

2．3．1 TLM2．0概述

2．3．2 TLM2．0编码风格

2．3．3 发起者、目标和套接字

2．3．4 TLM2．0核心接口

2．3．5 通用净核类(Generic Payload)

2．4 本章小结

第三章 基于OVP的单核处理器模型

3．1 OVP简介

3．2 OVP组件

3．2．1 开源资源模型

3．2．2 OVPsim仿真器

3．2．3 建模应用编程接口API

3．3 OVP单核模型及修改

3．3．1 OVP单核模型的基本结构

3．3．2 OVP单核模型的修改

3．3．3 基于TLM2．0封装的OVP处理器模型

3．4 加速单元建模

3．5 本章小结

第四章 面向多核处理器的事务处理级建模

4．1 整体架构

4．2 NoC建模

4．2．1 NoC基本结构

4．2．2 网络拓扑结构

4．2．3 路由器

4．2．4 NoC组件模型

4．2．5 功耗及面积评估

4．3 本章小结

第五章 多核虚拟平台的应用

5．1 软件应用性能评估

5．2 FIFO的深度探索

5．3 NoC的面积和功耗估计

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢