ICF實驗物理診斷集中控制系統(tǒng)的設計.pdf

1、中國科學技術大學博士學位論文ICF實驗物理診斷集中控制系統(tǒng)的設計姓名：陸俊峰申請學位級別：博士專業(yè)：物理電子學指導教師：陰澤杰楊存榜20070401中田科學技術大學博士學位論文摘要對于指令同步系統(tǒng)，首先介紹了該系統(tǒng)的特點，提出采用目前最先進的嵌入式片上系統(tǒng)(systemonchip，SOC)結構來完成具有高實時性要求的集中控制任務，并將整個系統(tǒng)集成在一片3UPXI機箱的外圍插卡上的方法。設計的SOC核心部分是基于MIPs(Micropr

2、ocessorwitlloutInterlockedPipclineS協】；銘，MIPS)體系結構的5級流水線RISC(ReducedInstructionSetComputerRISC)微處理器系統(tǒng)，主要包括指令的選取、微處理器的體系結構設計等此外還介紹了外圍接口邏輯設計、器件選擇、FPGA芯片內部的邏輯實現以及指令同步系統(tǒng)3UPXl板卡的設計。在微處理器的設計中，采用了多種提高流水線性能的方法，包括取指令級的超級流水線設計、高速算術

3、加法器邏輯設計、添加流水線數據通路的旁路邏輯、自適應動態(tài)分支控制點選擇邏輯設計等。最后還從理論上分析了所設計的MIPS微處理器的性能并對整個SOC系統(tǒng)的仿真和調試結果進行了介紹和分析。本論文的創(chuàng)新之處：1首次在ICF實驗的電子學系統(tǒng)中設計全定制的SOC系統(tǒng)來完成具有高實時性要求的集中控制任務，并將該嵌入式系統(tǒng)集成于3UPXI外圍插件板卡上。在廣泛調研分析了目前SOC系統(tǒng)中所使用的嵌入式微處理器體系結構的基礎上，根據ICF實驗指令同步系統(tǒng)

4、的具體需要，創(chuàng)造性地設計開發(fā)了具有5級流水線的32位MIPS構架微處理器，其性能遠遠超出目前各種商用的微處理器軟核。2在ICF實驗電子學系統(tǒng)的設計中摒棄傳統(tǒng)的板級設計思路，而采用芯片級設計方法：使用高密度、商性能的FPGA芯片完成了所有全定制數字邏輯電子學系統(tǒng)設計，包括SOC系統(tǒng)、PXI板卡的集中控制邏輯、PCI接口邏輯，從而提高了電子學系統(tǒng)的集成度和性能。由于所有數字邏輯功能集成到一塊FPGA芯片中實現，大大減小了系統(tǒng)設計中芯片使用的