高性能、时钟精确C67XDSP指令模拟技术研究

摘要

DSP是一类解决计算密集型问题的高性能处理器，被广泛地应用到嵌入式系统的诸多领域，例如音视频编解码、图像分析与处理等。随着技术的发展，DSP硬件结构、指令集和流水线的复杂度不断提升，导致研制高精确高性能DSP模拟平台的难度不断增大。本文集中探讨了针对TMS320C67X系列VLIW架构流水线的模拟策略，以及实现中的性能优化技术。
　　 本文首先从VLIW架构特性出发，针对延迟槽模拟、流水线停顿模拟等流水线顺序模型的缺陷进行分析，然后选用流水线倒序模型，并以此为基础对流水线进行精确模拟。流水线倒序模型按照逆序对流水线各阶段进行串行化模拟，即先模拟指令执行阶段，后模拟指令获取阶段的方式，以此解决顺序模型的缺陷，提高流水线模拟精度。进而，分析了流水线模型中存在的性能瓶颈，提出采用指令译码缓存和指令执行信息环形队列技术进行性能优化。在此基础上，以优化后的流水线倒序模型为核心，设计实现了一个C67X指令模拟实验平台TIC67Xsim，具有：指令模拟、内存模拟、寄存器模拟、目标文件加载等功能。
　　 本文实验选用Whetstone Benchmark、Dhrystone Benchmark和切比雪夫低通数字滤波器算法作为实验模拟平台测试用例。实验结果表明，本文论述的实验模拟平台能够正确模拟C67X指令集，并具有较高性能，可作为验证应用程序、扩展自定义功能的实验模拟平台。

目录

文摘

英文文摘

图目录

表目录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究意义

1.3 C67X硬件特点

1.3.1 处理器结构

1.3.2 指令集特点

1.4 本文主要研究工作

1.5 本文组织结构

第2章 相关工作介绍

2.1 指令集模拟技术研究分析

2.1.1 指令集模拟技术发展现状

2.1.2 指令集模拟典型技术分析

2.2 DSP模拟技术研究

2.2.1 DSP主要模拟平台

2.2.2 研究总结

2.3 本章小结

第3章 高性能时钟精确模型设计

3.1 指令模拟模型分析

3.2 流水线模拟策略

3.2.1 倒序流水线模型

3.2.2 流水线模拟精确实现

3.3 流水线性能优化策略

3.3.1 性能瓶颈分析

3.3.2 优化机制实现

3.4 本章小结

第4章 C67X指令模拟实验平台研制

4.1 C67X指令模拟实验平台架构设计

4.2 C67X指令模拟实验平台功能模块设计

4.2.1 指令模拟模块

4.2.2 存储系统模拟模块

4.2.3 CPU寄存器组模块

4.2.4 目标文件加载模块

4.3 本章小结

第5章 C67X指令模拟测试与结果分析

5.1 实验准备

5.1.1 测试套件

5.1.2 测试环境

5.1.3 程序运行

5.2 功能测试结果

5.3 性能测试结果及分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢