基于多類型運(yùn)算單元的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)基帶處理架構(gòu)與電路設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的革新，通信技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。隨著數(shù)據(jù)傳輸率的不斷提高，各種新標(biāo)準(zhǔn)的不斷涌現(xiàn)，以及近年來軟件無線電、認(rèn)知無線電等概念的提出，通信系統(tǒng)中這種多模多標(biāo)準(zhǔn)共存的趨勢(shì)還將持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。針對(duì)迅速增長(zhǎng)的多?；鶐幚砟芰Φ男枨?，以及對(duì)通信終端性能越來越高的要求，各個(gè)研究機(jī)構(gòu)和工業(yè)界都在尋求一種能夠?qū)崿F(xiàn)多種基帶算法的高性能、高靈活性的處理架構(gòu)。動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理架構(gòu)由于其高效、靈活性的特點(diǎn)。正受到了越來越多的重視。它的架構(gòu)特點(diǎn)

2、，使其可以從根本上解決通信系統(tǒng)靈活性與高性能并存的需求，是一個(gè)非常有前瞻性與挑戰(zhàn)性的課題。
　　通過動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理架構(gòu)的研究現(xiàn)狀分析，我們發(fā)現(xiàn)，在特定的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，如圖像處理、硬件加密、通信基帶等，異構(gòu)的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理架構(gòu)已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)。但在架構(gòu)中基本可重構(gòu)運(yùn)算單元的設(shè)計(jì)上，文獻(xiàn)中缺乏對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域需求和運(yùn)算特點(diǎn)的分析，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不具有針對(duì)性。其次，異構(gòu)的可重構(gòu)處理架構(gòu)由于結(jié)構(gòu)中其基本可重構(gòu)運(yùn)算單元的不對(duì)稱性，為重構(gòu)信息的

3、壓縮與發(fā)送、以及片上互聯(lián)結(jié)構(gòu)帶來了一定的設(shè)計(jì)復(fù)雜性。再者，在動(dòng)態(tài)異構(gòu)可重構(gòu)處理架構(gòu)中，相對(duì)應(yīng)的軟件輔助工具與設(shè)計(jì)方法尚不成熟。
　　論文從對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)處理算法類型的分析著手，通過對(duì)兩個(gè)典型寬帶通信系統(tǒng)--正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)和擴(kuò)頻系統(tǒng)的分析，研究了一些常用的基帶數(shù)字信號(hào)處理算法，并從運(yùn)算類型、操作數(shù)類型等方面總結(jié)歸納了算法特點(diǎn)。
　　接著，論文對(duì)基于多類型運(yùn)算單元的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理架構(gòu)進(jìn)行了研究。論文根據(jù)基帶數(shù)字信號(hào)

4、處理算法所歸納出的幾種運(yùn)算類型，有針對(duì)性地提出了四種可重構(gòu)運(yùn)算單元的電路結(jié)構(gòu)，作為架構(gòu)中的主要運(yùn)算模塊。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于多類型運(yùn)算單元的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理架構(gòu)，在全局使用了多種可重構(gòu)運(yùn)算單元，每個(gè)可重構(gòu)運(yùn)算單元內(nèi)使用同構(gòu)的簇結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與同構(gòu)的架構(gòu)相比，能夠同時(shí)在時(shí)間和空間上進(jìn)行延拓復(fù)用，具有較高的資源利用效率、較大的靈活性、以及較高的運(yùn)算能力。在整體架構(gòu)基于任務(wù)劃分，以及對(duì)架構(gòu)中模塊進(jìn)行分層次抽象的思想下，本論文提出了一種

5、用于異構(gòu)可重構(gòu)處理架構(gòu)的重構(gòu)信息發(fā)送引擎，為動(dòng)態(tài)可重構(gòu)提供硬件基礎(chǔ)，并根據(jù)異構(gòu)架構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)主控部分以及全局互聯(lián)進(jìn)行了研究。
　　此外，本論文對(duì)針對(duì)該動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理架構(gòu)的軟件輔助工具鏈進(jìn)行了研究。在基于任務(wù)劃分的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)思恕下，闡述了軟件輔助工具鏈的設(shè)計(jì)思想與構(gòu)成，分別對(duì)硬件自動(dòng)生成工具、算法軟件庫(kù)建立工具、二進(jìn)制代碼生成工具、任務(wù)分配調(diào)度與VLIW指令生成工具進(jìn)行了研究，使動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理平臺(tái)同時(shí)具有在綜合前和在綜合后的可

6、重構(gòu)性。并在此基礎(chǔ)上，研究了在基于多類型運(yùn)算單元的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)架構(gòu)上進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，能夠進(jìn)行快速系統(tǒng)定制，以及方便地完成算法、協(xié)議在架構(gòu)上的映射實(shí)現(xiàn)。
　　最后，本論文在基于多類型運(yùn)算單元的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理架構(gòu)上映射實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)設(shè)計(jì)案例，從系統(tǒng)和應(yīng)用靈活性的角度進(jìn)一步驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理架構(gòu)的正確性與有效性。通過IEEE802.11a/g(OFDM系統(tǒng))和IEEE802.11b/g(擴(kuò)頻系統(tǒng))的物理層協(xié)議的映射，對(duì)第2章中進(jìn)行基帶算