媒体处理器的设计和验证研究

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在过去二十年中,为了满足人们日益增长的对多媒体的需求,媒体处理器得到了飞速发展,出现了各种各样的媒体处理器。根据其体系结构,媒体处理器可以分为专用可编程处理器、通用可编程处理器、专用处理器和可重配置处理器几大类。各类处理器都针对多媒体处理进行了扩展,增强其多媒体处理能力。通用可编程处理器中的精简指令集处理器(RISC)和专用可编程处理器中的数据信号处理器(DSP)各自具有不同的指令集结构和微结构特点,适合于不同的应用领域,出现了一系列RISC和DSP融合体的RISC/DSP架构,由于既善于执行系统程序,又善于执行信号处理程序,所以能够较好的适应复杂多媒体系统的要求。 本文介绍由浙江大学信息与电子工程学系SOC R&D小组开发的具有自主知识产权的,媒体数字信号处理器——MediaDSP3200(简称MD32)系列的设计和验证流程。MD32将RISC与DSP处理器的指令操作、寻址模式等要素充分融合,设计了并行操作、多媒体分裂模式等指令操作,形成了融合RISC、DSP、SIMD特点的一种新的指令集结构,并在此基础上设计了具有自身特色的RISC/DSP微结构组成和统一的流水划分结构,使得RISC/DSP体系既能够发挥RISC处理器的系统执行能力,又具有DSP处理器的数据处理能力,既有精简指令的优势,又有较强的算术运算能力,从而使MD32处理器更适合多媒体信息处理的需要。 为了对MD32进行快速验证,本文详细介绍了基于FPGA的媒体处理器通用软硬件协同仿真验证平台MPSP的设计。这一平台采用FPGA作为硬件仿真子平台,采用运行于上位机上的控制和驱动软件作为软件仿真子平台。软件和硬件子平台都可以快速的进行重配置,以适应不同的媒体处理器和不同的仿真要求。MPSP平台提供了一个可配置的IP库和一个包含大量API接口的软件库,基于这些库,协同仿真环境的设计过程被大大加速了。采用这一平台,我们对MD32进行了快速仿真验证。 为了对芯片进行测试,在芯片的测试过程中就必须考虑可测试性设计,在芯片中增加测试结构如扫描链等。媒体处理器的复杂度要求在其中采用多种测试结构。同时,完整的媒体处理器的集成开发环境包括嵌入式硬件调试环境,还需要在处理器中设计嵌入式调试接口。为此,本文介绍了基于JTAG的嵌入式调试接口的设计,即实现了芯片的结构测试和功能测试,也实现了硬件调试功能。基于这一接口,可以对媒体处理器进行边界扫描测试,也可以进行硬件单步、断点、观察处理器状态等等复杂的硬件调试。
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