ARM兼容嵌入式微处理器设计研究

• 作 者: 李文江
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 嵌入式微处理器 中断设计 指令集兼容 功耗优化 门控时钟技术

集成电路片上系统发展日新月异;作为片上系统不可或缺的模块嵌入式处理器体现出了越来越重要的价值，同时，片上系统芯片对其嵌入式微处理器模块也提出了更多的要求:功耗、性能、灵活性、高效的中断以及协处理器等等。　　
如何设计一款应用性强，通用的低功耗嵌入式处理器是本文研究的重点。本文重点研究了ARMv4指令集兼容的嵌入式处理器设计思路，从低功耗设计;简洁高效的中断设计;高效的处理器验证方法等方面做出了深入的研究并完成了ARMv4指令集兼容的嵌入式微处理器xCore_AHB设计验证流片及测试。　　
本论文做出的主要贡献体现在:　　
1)通过分析处理器的总线行为以及流水线控制行为，将门控时钟技术加入到xCore_AHB软核中，同等性能水平的ARM公司嵌入式软核产品中，均无此种功耗优化的设计。　　
2)在处理器的中断异常设计中，创新性地使用了两个程序计数器的方式，简化了中断异常的精确定位问题，相比于传统的中断异常控制器逻辑，节省了30％的等效门，随着流水线级数的增加，能相对节省更多的逻辑资源。　　
3)想比较与同级别的嵌入式微处理器(ARM9系列)设计，使用双写回优化流水线性能。使用此机制降低了流水线控制设计复杂度，缩短了验证周期，提高了乘法和堆栈操作的性能。　　
4)本文提出了在针对xCore_AHB软核的功能验证方法，并有效地验证了xCore_AHB软核。它的核心包括两个部分:一为随机测试向量生成，二为结合了静态覆盖率驱动和动态覆盖率驱动的验证目标设计。