Spektrumanalízisre optimalizált alkalmazás-specifikus mikroprocesszor fejlesztése

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Horváth Péter
Elektronikus Eszközök Tanszéke

A digitális eszközök elterjedése és folyamatosan növekvő funkcionalitása a mindennapi életben is észrevehető. Ez nagymértékben köszönhető a System-on-Chip (SoC) eszközöknek, amelyekkel számos műveletvégző egységet, memóriát és egyéb, pl. kommunikációért felelős egységeket valósítanak meg ugyanazon a chipen. A növekvő igények, mint például a termékek csökkenő piacra kerülési ideje és rövid piacon töltött ideje, valamint a technológia folyamatos fejlődése megköveteli, hogy a SoC-ban alkalmazott rögzített funkciójú és nehezen újrafelhasználható ASIC-ek helyettesíthetőek legyenek sokkal rugalmasabb, de az ASIC-ekhez hasonlóan nagy számítási teljesítményű és energiahatékony eszközökkel. Az általános célú processzorok, digitális jelfeldolgozó egységek vagy mikrokontrollerek bár nagyon rugalmasak, de nem közelíthetik meg sem az ASIC teljesítményét, sem energiahatékonyságát. Az elkerülhetetlen következmény az alkalmazás-specifikus mikroprocesszorok (ASIP) megjelenése. Ezek a mikroprocesszorok egy bizonyos feladatkörre optimalizált architektúrával és utasításkészlettel rendelkeznek, így ötvözik az általános célú processzorok rugalmasságát az ASIC-ek teljesítményével és energiahatékonyságával.

Feladatom egy tanszéki fejlesztésű, hardveres gyorsítás elvét megvalósító alkalmazás-specifikus mikroprocesszor, a mephisto gyorsító áramkörének elkészítése volt, amely a választott alkalmazási terület, a spektrumanalízis igényeihez igazodik.

Munkám során terveztem egy funkcionális szimulátort C++ nyelven, amely a mephisto összes utasítását modellezi, valamint tartalmazza a gyorsító áramkört is, mely funkciójának a Gyors Fourier-transzformációt (FFT) választottam. A modell magas szinten íródott, de alkalmas assembly programok végrehajtására, így azok gyorsabban, az időigényes hardveres implementációt és RTL szimulációt elkerülve fejleszthetők.

Munkám második részében elkészítettem a gyorsító áramkör szintézisre optimalizált hardvermodelljét VHDL nyelven, majd beépítettem a mephisto RTL modelljébe. A gyorsító helyes működését lineáris testbench alapú logikai szimulációval igazoltam, majd megvizsgáltam az erőforrásigényt különböző FFT mintaszámok esetén. A gyorsítás hatásának vizsgálatához három assembly tesztprogramot készítettem, majd összehasonlítottam őket különböző szempontok szerint.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.