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YHFT-QDSP:一种高性能异构多核DSP

YHFT-QDSP: High-Performance Heterogeneous Multi-Core DSP

  • 摘要: 1.本文的创新点
  • YHFT-QDSP利用三种互连方法实现了片内RISC与DSP核、片内不同DSP核以及片间DSP核之间的通讯,即通过管理总线(MB)实现RISC与DSP之间的通信;通过快速共享缓冲池(FDSP)实现核间小批量数据的高速交换;通过Qlink、交叉开关以及PCIE实现了核间以及片间大批量数据交换。
  • 多核编程的软硬件协同支持。在软件方面,通过并行编程模型支持多核编程,即采用预编译方法实现核间同步例程的自动插入;通过并行支持库实现核间通讯,保证了代码的可靠性。在硬件方面,通过片上调试支持硬件DSU、ET、CT以及JTAG Server以及仿真器,支持多核选择、交叉触发等多核调试功能。

    2.实现方法
    YHFT-QDSP包含一个RISC CPU内核和四个增强的YHFT-DSP/700+ VLIW DSP内核,其中RSIC核包括UART, GPIO, 定时器、CAN总线以及以太网等外设,YHFT-DSP/700+是8流出的VLIW DSP内核,包括两个32位乘法单元和4个ALU单元以及2个数据存取单元,每个核包括256KB内存,且低64KB可部分或全部配置为L2 Cache。YHFT-QDSP利用多种互连方法支持多核通信,其中包括:
  • 管理总线(MB)用于片内RISC核和DSP核之间的通信。RSIC核可通过该总线控制DSP核的启动和停止,并向DSP核灌入执行程序。该总线还支持RISC核和DSP核之间互发中断。
  • FDSP是一种核间快速数据共享机制,它连接每个DSP核的数据存取单元,各DSP核可通过数据存取指令访问FDSP。FDSP以“生产者—消费者”的模式工作,利用信号灯机制来控制生产消费过程。
  • Qlink支持片内及片间DSP核之间的大批数据传输,它与交叉开关、PCIE一起实现上述功能,并支持源路由以及X-Y路由两种路由策略。为YHFT-QDSP异构多核体系结构设计的并行编程平台提供了并行支持库和友好的DSP软硬件界面。其中包括:
  • 提供预编译器识别用户的预编译语法指示,自动插入核间同步例程,方便并行编程。
  • 提供并行支持库实现核间通讯,屏蔽硬件细节。
  • 片上调试支持硬件(DSU、ET、CT以及JTAG Server等)和仿真器支持各种片上事件统计、交叉断点触发等多核调试功能,方便用户调试。YHFT-QDSP的物理实现采用了自顶向下和自底向上相结合的设计方法。全定制设计了寄存器文件、交叉开关等数字电路以及PCIE物理层模拟电路,这些手段不仅提高了芯片的频率,还降低了功耗。

    3.结论及未来待解决的问题
    YHFT-QDSP是一种高性能的异构多核DSP。它利用多种互连实现了核间、片间的高效通讯,通过多核编程的软硬件支持,大大降低了多核编程和调试的复杂性。
    考虑到应用对DSP性能的无限需求,未来将向更多核发展。

    4.实用价值或应用前景
    在0.13微米工艺下YHFT-QDSP的频率达到350MHz,性能大于11.2GOPS,功耗约2.99W,该芯片目前已应用于图像处理领域,另外在无线基站、雷达等领域也有着广泛的应用前景。  
     
     
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Abstract: Multi-core architectures are widely used to enhance the microprocessor performance within a limited increase in time-to-market and power consumption of the chips. Toward the application of high-density data signal processing, this paper presents a novel heterogeneous multi-core architecture digital signal processor (DSP), YHFT-QDSP, with one RISC CPU core and 4 VLIW DSP cores. By three kinds of interconnection, YHFT-QDSP provides high efficiency message communication for inner-chip RISC core and DSP cores, inner-chip and inter-chip DSP cores. A parallel programming platform is specifically developed for the heterogeneous multi-core architecture of YHFT-QDSP. This parallel programming environment provides a parallel support library and a friendly interface between high level application softwares and multi-core DSP. The 130\,nm CMOS custom chip design results in a high speed and moderate power design. The results of typical benchmarks show that the interconnection structure of YHFT-QDSP is much better than other related structures and achieves better speedup when using the interconnection facilities in combing methods. YHFT-QDSP has been signed off and manufactured presently. The future applications of the multi-core chip could be found in 3G wireless base station, high performance radar, industrial applications, and so on.

 

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