PRSoC三層服務(wù)架構(gòu)及其URAP協(xié)議研究.pdf

1、在半導(dǎo)體工藝技術(shù)發(fā)展、摩爾定律以及需求增長的多重驅(qū)動(dòng)下，未來SoC/NoC的集成度和復(fù)雜性將繼續(xù)增大。按照ITRS 2009年報(bào)告預(yù)測，到2020年單個(gè)芯片上的晶體管數(shù)目將達(dá)到100億個(gè)。屆時(shí)單個(gè)芯片上將集成數(shù)以千計(jì)的IP核，包括通用處理器GPP核、數(shù)字信號(hào)處理器DSP 核、專用處理器ASIP核、算法組件核以及存儲(chǔ)單元核等。在這樣大規(guī)模的多核SoC設(shè)計(jì)中，各個(gè)IP核之間如何互聯(lián)通信以及眾多IP核資源如何管理和有效利用成為研究者們亟待解決

2、的重要課題。因此，未來多核SoC必須從總線體系結(jié)構(gòu)和IP服務(wù)架構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，才能夠從根本上解決高性能、低功耗、并行性和可擴(kuò)展性強(qiáng)的片上通信系統(tǒng)的諸多瓶頸問題。這已經(jīng)成為近年來學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。堅(jiān)持“今天的PC世界，就是明天的SoC空間”的理念，將PC世界的應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)、通信協(xié)議和算法等極大化地嵌入到下一代多核SoC(NoC)中。把面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)(SOA)引入到異構(gòu)嵌入式多資源結(jié)點(diǎn)及多核處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，嘗試在多

3、核SoC硬件模型上建立面向服務(wù)的語義描述，開拓一種非傳統(tǒng)操作系統(tǒng)概念的多元資源SoC的資源管理方法。本文主要在以下三個(gè)方面對(duì)未來多核SoC的總線架構(gòu)、片上通信和資源管理問題進(jìn)行了探索性研究：
　　 ⑴針對(duì)嵌入式系統(tǒng)SoC資源和應(yīng)用領(lǐng)域多元化的趨勢，提出了多元資源嵌入式系統(tǒng)(PRES)和多元資源片上系統(tǒng)(PRSoC)的概念；借鑒互聯(lián)網(wǎng)的思想，從總線架構(gòu)的角度對(duì)未來單硅片內(nèi)擁有成千上萬個(gè)IP核資源的SoC/NoC 進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，為從

4、體系結(jié)構(gòu)上徹底解決片上通信的瓶頸問題，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到芯片設(shè)計(jì)中；提出了基于NoC、采用一種非對(duì)稱片內(nèi)單向串行只寫總線(OWOCSB)互聯(lián)多元資源結(jié)點(diǎn)的PRSoC硬件模型，并在該模型中實(shí)現(xiàn)了8051單片機(jī)IP核、硬盤控制器IP核和以太網(wǎng)控制器IP核等；利用Mesh 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多資源結(jié)點(diǎn)的深度互聯(lián)擴(kuò)展，形成一個(gè)具有多元資源結(jié)點(diǎn)架構(gòu)的多元資源結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(PRNN)模型。
　　 ⑵提出并設(shè)計(jì)了一種基于PRSoC 硬件模型的資源訪問

5、協(xié)議——統(tǒng)一資源訪問協(xié)議(URAP)，為具有多元資源結(jié)點(diǎn)架構(gòu)的SoC 應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口和規(guī)范，使得用戶可以透明的訪問到PRSoC系統(tǒng)中所有末梢資源結(jié)點(diǎn)，完成對(duì)系統(tǒng)中混雜資源的統(tǒng)一管理；通過對(duì)PRSoC中各類資源結(jié)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用角色和操作功能劃分，提出了一種基于URAP的面向角色資源管理框架(RO-RMF)。
　　 ⑶在PRSoC硬件模型中的主資源結(jié)點(diǎn)和從資源結(jié)點(diǎn)間建立了基于URAP和RO-RMF的語義層模型，形成了“需求—語義