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四级流水线堆栈处理器研究与设计
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作者 朱恒宇 周永录 +1 位作者 刘宏杰 代红兵 《计算机工程与设计》 北大核心 2025年第1期265-273,共9页
针对现有堆栈处理器主频较低的问题,设计一种16位的四级流水线堆栈处理器ZP16。采用冯诺伊曼结构与J1指令集,具有数据堆栈和返回堆栈两个独立堆栈。四级流水线包括取指、译码、执行和回写。通过合理的结构设计与流水线冲刷技术解决ZP16... 针对现有堆栈处理器主频较低的问题,设计一种16位的四级流水线堆栈处理器ZP16。采用冯诺伊曼结构与J1指令集,具有数据堆栈和返回堆栈两个独立堆栈。四级流水线包括取指、译码、执行和回写。通过合理的结构设计与流水线冲刷技术解决ZP16中流水线冒险问题。实验结果表明,在Xilinx XC7A100T FPGA目标芯片上,ZP16的运行主频稳定在230 MHz。与J1堆栈处理器相比,ZP16流水线加速比为1.3,资源占用率基本相当,功耗增加8%,主频提升130%。与其它同类型堆栈处理器在不同的目标芯片上进行比较,ZP16主频有较为明显的提升。 展开更多
关键词 堆栈处理器 流水线 现场可编程门阵列 主频 加速比 资源占用率 功耗
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高性能GPU计算集群应用体系建设
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作者 杨敏 何芸 +1 位作者 许涛 景少军 《信息系统工程》 2025年第3期102-105,共4页
在长期分析研究高密度数据处理项目作业运行特点的基础上,归纳常规处理和偏移处理两大类应用下,不同处理方法实现模块的资源需求特点及处理员的作业模式,优化组合集群计算、存储、网络三元素技术发展路线及产品性能参数,搭建了硬件架构... 在长期分析研究高密度数据处理项目作业运行特点的基础上,归纳常规处理和偏移处理两大类应用下,不同处理方法实现模块的资源需求特点及处理员的作业模式,优化组合集群计算、存储、网络三元素技术发展路线及产品性能参数,搭建了硬件架构上适用于地震勘探处理应用的高性能GPU计算集群系统。综合应用镜像管理、多种子点分发等多种集群管理及作业调度技术,实现异构集群统一管理及监控,实现油田高性能计算资源共享,高效提升处理生产大规模计算能力,实现绿色高效体系建设。 展开更多
关键词 高性能计算 GPU XCAT 集群管理
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NA-ROB:基于RISC-V超标量处理器的改进
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作者 景超霞 刘杰 +1 位作者 李洪奎 刘红海 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第2期519-522,共4页
重排序缓存(ROB)是超标量处理器中的重要模块,用于确保乱序执行的指令能够正确地完成和提交。然而,在大规模超标量处理器中,存在ROB阻塞以及ROB容量有限的问题。为了解决上述问题并提高处理器性能,提出了零寄存器分配策略,通过将没有目... 重排序缓存(ROB)是超标量处理器中的重要模块,用于确保乱序执行的指令能够正确地完成和提交。然而,在大规模超标量处理器中,存在ROB阻塞以及ROB容量有限的问题。为了解决上述问题并提高处理器性能,提出了零寄存器分配策略,通过将没有目的寄存器的指令单独存储来避免占用ROB表项。同时,引入容量可动态调整的缓存结构(AROB),将长延时指令与普通指令分别存储在ROB和AROB中,以降低长延时指令导致的阻塞。改进后的超标量处理器被命名为NA-ROB,经过SPEC 2006基准测试程序的实验评估,结果表明,NA-ROB超标量处理器相比于传统的ROB超标量处理器,平均IPC提升了66%,同时ROB的阻塞概率降低了48%。因此,所提出的改进方法显著提升了处理器的整体性能和效率。 展开更多
关键词 RISC-V指令集 超标量处理器 ROB AROB 零寄存器分配策略
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一种嵌入式微控制器的指令Cache设计方案
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作者 王睿 张艳花 《电子制作》 2025年第4期22-25,共4页
在传统的指令Cache设计方案中,VTag存储器大小取决于处理器的总线宽度以及指令Cache的Cache行数和Cache行大小。本文提出了一种优化指令Cache的电路设计,通过减小指令Cache覆盖的取指空间,在不影响指令Cache对外接口的总线宽度以及Cach... 在传统的指令Cache设计方案中,VTag存储器大小取决于处理器的总线宽度以及指令Cache的Cache行数和Cache行大小。本文提出了一种优化指令Cache的电路设计,通过减小指令Cache覆盖的取指空间,在不影响指令Cache对外接口的总线宽度以及Cache行数和Cache大小的情况下,进一步减小了VTag存储器的大小。本文用DC(Design Compiler)对指令Cache进行综合,结果表明,本文设计实现的指令Cache较传统方案在减少芯片面积的同时,显著提升了电路频率,对嵌入式微控制器的指令Cache设计具有重要的实用价值。 展开更多
关键词 嵌入式 微控制器 处理器 指令CACHE
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MIPS处理器核及其定制化AXI总线设计
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作者 周艳娇 贾艳双 杜军 《集成电路与嵌入式系统》 2025年第3期33-40,共8页
针对使用现成AXI接口IP核存在资源占用较大、可定制性差等问题,提出一种分阶段自主设计、添加AXI总线的方式,为设计好的MIPS处理器核增加AXI总线的支持。设计使用Verilog HDL编写RTL代码,在Vivado仿真环境下验证了处理器的总体逻辑功能... 针对使用现成AXI接口IP核存在资源占用较大、可定制性差等问题,提出一种分阶段自主设计、添加AXI总线的方式,为设计好的MIPS处理器核增加AXI总线的支持。设计使用Verilog HDL编写RTL代码,在Vivado仿真环境下验证了处理器的总体逻辑功能,并将比特流文件下载至FPGA开发板中进行原型验证,得到资源利用率及时序情况。最终使用DC(Design Compiler)工具对处理器进行综合,得到处理器的总体面积和功耗。验证结果表明,自主设计、添加AXI总线相较于直接添加AXI接口IP核所消耗的资源和面积更小,且可以确保在处理器核心架构不变的情况下添加总线,大大降低了将处理器核中原有接口直接更改为AXI总线接口的难度,既减轻了集成的复杂性又兼顾高度定制化,以满足特定的系统需求和性能要求。 展开更多
关键词 AXI IP核 MIPS 处理器核 六级流水线
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基于申威平台PCRE/PCRE2 JIT的移植与研究
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作者 熊祝青 王兴元 陆晓峰 《网络新媒体技术》 2025年第1期50-57,共8页
申威处理器采用64位指令集,是一款高性能的中央处理器(CPU),已广泛应用于办公桌面或服务器、高端工业控制及信息安全等领域。Perl兼容的正则表达式库(PCRE)是一款专门设计用于正则匹配的库,具备强大的处理正则表达式的能力。PCRE库中引... 申威处理器采用64位指令集,是一款高性能的中央处理器(CPU),已广泛应用于办公桌面或服务器、高端工业控制及信息安全等领域。Perl兼容的正则表达式库(PCRE)是一款专门设计用于正则匹配的库,具备强大的处理正则表达式的能力。PCRE库中引入即时编译(JIT),该技术是一种将正则匹配的过程动态编译成机器码的技术,从而显著提升正则表达式的匹配速度。为了提高申威平台上处理正则表达式匹配的效率,采用申威架构中的Core3B指令集系统,将具有JIT功能的PCRE库以及改进版PCRE2库移植到申威处理器的平台上。本文首先阐述PCRE的JIT核心技术以及将其移植到申威处理器平台上的重要意义,然后分析了将PCRE的JIT功能移植到申威平台上的技术难点和解决策略,并描述了基于Core3B指令集对JIT相关技术的具体实现,最后通过实验结果验证PCRE/PCRE2 JIT技术移植到申威平台的可行性,并且通过与Python正则库及移植JIT前后的PCRE库的正则匹配速度对比测试,验证了移植到申威平台上的JIT技术达到了预期效果。 展开更多
关键词 PCRE/ PCRE2 JIT 申威 移植 正则表达式
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基于RISC-V架构的语音及图形编程模拟在太阳光模拟器的应用
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作者 沈静 吴驰 陈浩 《现代信息科技》 2025年第4期31-37,共7页
在RISC-V架构下,结合RT_Thread系统,文章对智能语音编程和GUI编程进行了研究,并模拟应用于稳态太阳光模拟器的设计中。首先,介绍了RISC-V架构在嵌入式系统中的应用优势,特别是在资源受限的环境下,该架构所展现出的灵活性和可扩展性。其... 在RISC-V架构下,结合RT_Thread系统,文章对智能语音编程和GUI编程进行了研究,并模拟应用于稳态太阳光模拟器的设计中。首先,介绍了RISC-V架构在嵌入式系统中的应用优势,特别是在资源受限的环境下,该架构所展现出的灵活性和可扩展性。其次,阐述了RT_Thread系统在支持多任务处理和资源管理方面的优势,以及其与RISC-V架构的良好兼容性。最后,详细介绍了如何利用RISC-V平台实现智能语音功能,以及如何通过GUI编程实现用户友好的操作界面,以提升其控制和交互性能。该研究为相关领域的应用提供了新的思路和方法。 展开更多
关键词 RISC-V架构 RT_(T)hread系统 GUI编程 智能语音编程 太阳光模拟器
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PLC与变频器技术在物联网自动控制系统中的维修实践
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作者 张瑞锋 《数字通信世界》 2025年第2期70-72,共3页
PLC与变频器在现代工业自动化及物联网中核心作用显著。本文概述了其原理、特点及应用,分析了物联网自控系统维修的复杂性,提出了高效通信、专业工具及数据分析等维修策略,旨在提升维修效率与质量,确保系统稳定运行,保障生产安全与高效。
关键词 PLC 变频器 物联网 自动控制 维修实践
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高速数据传输卡通道链路设计与仿真
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作者 李开杰 王琪 +1 位作者 李文学 赵达 《电脑编程技巧与维护》 2025年第2期80-82,共3页
针对当前×86处理器对外数据交互传输速率低且只能点对点通信的问题,设计一种基于桥接芯片Tsi721的高速数据传输卡。基于该板卡内含有高速PCIE接口和SRIO接口,研究提出一种通道链路信号完整性仿真方法。具体仿真方法如下:通过软件Po... 针对当前×86处理器对外数据交互传输速率低且只能点对点通信的问题,设计一种基于桥接芯片Tsi721的高速数据传输卡。基于该板卡内含有高速PCIE接口和SRIO接口,研究提出一种通道链路信号完整性仿真方法。具体仿真方法如下:通过软件PowerSI提取信号通道的S参数,判断S参数是否满足协议要求;利用软件ADS搭建信号通道链路模型,将得到的眼图与标准眼图对比,来判断其走线是否满足设计要求。通过此仿真方法可对高速信号通道链路上的信号质量进行有效的预估。 展开更多
关键词 信号完整性 PCIE接口 SRIO接口 通道链路 眼图
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基于MPC8270+FPGA的通信计算控制模块设计
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作者 张荣 白云逸 +1 位作者 杨磊 刘佰阳 《电子制作》 2025年第7期93-97,共5页
本文提出了一种采用MPC8270与FPGA相结合的通信控制模块设计方案,该方案旨在满足机载航电系统对高性能数据处理、指令传输及多种通信接口的需求。通信控制模块集成了PCI、以太网、RS422、RS232等通信接口,实现了数据采集、处理及传输等... 本文提出了一种采用MPC8270与FPGA相结合的通信控制模块设计方案,该方案旨在满足机载航电系统对高性能数据处理、指令传输及多种通信接口的需求。通信控制模块集成了PCI、以太网、RS422、RS232等通信接口,实现了数据采集、处理及传输等功能。其中,MPC8270处理器负责总线间的协议解析、数据转发及管理控制,而FPGA则用于控制低速外部总线及离散量信号。经测试验证,该模块运行稳定可靠,具有较高的实用价值。 展开更多
关键词 通信控制模块 MPC8270 FPGA 架构设计
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RISC-V指令集架构及其应用综述
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作者 刘小罗 林洪怡 刘盼 《中国集成电路》 2025年第3期16-20,49,共6页
传统指令集架构(Instruction Set Architecturem,ISA)因为高昂的版权、指令复杂性和兼容性的问题,越来越限制了计算机技术广泛应用。而精简指令集计算-V(Reduced Instruction Set Computer-Five,RISC-V)是一种全新的免费开源指令集,因... 传统指令集架构(Instruction Set Architecturem,ISA)因为高昂的版权、指令复杂性和兼容性的问题,越来越限制了计算机技术广泛应用。而精简指令集计算-V(Reduced Instruction Set Computer-Five,RISC-V)是一种全新的免费开源指令集,因其开放性、灵活性和高效性受到广泛关注。通过对比分析,我们揭示了RISC-V与传统指令集的区别,系统回顾了RISC-V指令集的发展历程及主要特性,重点探讨了其在不同领域中的强大潜力与广发的应用价值。 展开更多
关键词 RISC-V芯片 开源指令集 计算机体系结构 RISC-V应用
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数据处理模块SPI接口设计与实现
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作者 赵彬智 杨磊 刘博 《电子制作》 2025年第1期82-84,共3页
针对SPI总线在嵌入式计算机系统中的应用,基于数据处理模块的体系架构,介绍SPI接口的设计实现过程,描述了SPI的初始化、数据传输等关键技术;并结合具体项目,测试验证了与A/D转换芯片的SPI通信。
关键词 SPI总线 数据处理模块 A/D转换芯片
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基于双向搜索的指令候选集生成算法
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作者 范旺 刘勤让 +2 位作者 赵博 高彦钊 祁晓峰 《信息工程大学学报》 2025年第2期182-188,共7页
指令候选集生成是扩展指令集处理器设计中必不可缺的一部分,但该过程也是一种计算密集型任务。为提升候选集生成效率,提出一种双向搜索后融合的算法。首先,基于数据流图的邻接表提出一种高效的连通子图搜索树建立算法;其次,在搜索树遍... 指令候选集生成是扩展指令集处理器设计中必不可缺的一部分,但该过程也是一种计算密集型任务。为提升候选集生成效率,提出一种双向搜索后融合的算法。首先,基于数据流图的邻接表提出一种高效的连通子图搜索树建立算法;其次,在搜索树遍历过程中整体采用双向并行搜索的思路来提升搜索效率,针对由不同树节点构成的子图,应用多约束裁剪优化技术来提升搜索速度。实验结果表明,所提算法能够适应多种约束条件,且性能为已有算法的1~2倍。 展开更多
关键词 候选集生成 扩展指令集 子图搜索 数据流图 指令设计
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自动整分装置控制系统的设计与研究
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作者 孙志龙 曹洋 +3 位作者 李立杰 于鑫 王华震 曹旭 《舰船电子工程》 2025年第1期204-207,共4页
针对台体类零件在加工过程中装夹找正等辅助时间占比较大、加工效率低的问题,设计了一款高精度自动整分装置,通过零点的高重复定位精度快速装夹,有效提高了加工精度和效率。依据装置功能和零件的加工工艺,开发相应控制方法,整个控制系... 针对台体类零件在加工过程中装夹找正等辅助时间占比较大、加工效率低的问题,设计了一款高精度自动整分装置,通过零点的高重复定位精度快速装夹,有效提高了加工精度和效率。依据装置功能和零件的加工工艺,开发相应控制方法,整个控制系统以可编程控制器为核心,通过485通信和逻辑程序控制伺服电机和零点系统等执行元件,达到装置的整分功能的目的;通过压力传感器等感应元件进行动作到位检测,实现系统的闭环控制。自动整分装置控制系统可以与机床通讯,通过机床加工进行联动,同时设计了交互界面,能够实现人工与自动的切换,操作简单,且具有误操作等功能。 展开更多
关键词 台体类零件 自动控制 高精度整分 协同控制 MODBUS协议
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基于预存和扩散密钥的端到端无线通信窄带建链加密方法
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作者 邓成 胡鑫 +1 位作者 余伟 胡强 《通信技术》 2025年第3期310-318,共9页
针对端到端无线通信建链缺乏安全保护,因窄带宽而无法套用常规方法的问题,提出了一种自准备、自维护的建链加密方法。该方法以预存公钥全集、少许对称密钥为起点,辅以滚动、扩散以适应新增设备、带宽恶化等变化。最终,该方法利用端设备... 针对端到端无线通信建链缺乏安全保护,因窄带宽而无法套用常规方法的问题,提出了一种自准备、自维护的建链加密方法。该方法以预存公钥全集、少许对称密钥为起点,辅以滚动、扩散以适应新增设备、带宽恶化等变化。最终,该方法利用端设备有限的密钥存储空间,实现了低成本、可扩展、自动化的窄带建链加密保护。 展开更多
关键词 无线通信 建链加密 窄带宽 预存密钥 存储空间
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面向教学的RISC_SPM处理器设计与验证
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作者 解鹏越 卫建华 +1 位作者 郝子坤 罗鑫迪 《信息技术与信息化》 2025年第1期19-23,共5页
针对当前国内微处理器实验教学的需求,文章设计了一款面向教学用途的RISC_SPM微处理器,优化资源利用和执行效率。处理器采用内部存储器布局,资源占用少,执行速度快。通过状态机控制方法,使得运行过程更加直观清晰,克服了传统实验中灵活... 针对当前国内微处理器实验教学的需求,文章设计了一款面向教学用途的RISC_SPM微处理器,优化资源利用和执行效率。处理器采用内部存储器布局,资源占用少,执行速度快。通过状态机控制方法,使得运行过程更加直观清晰,克服了传统实验中灵活性不足的问题,为实验者提供了创新空间。设计过程中使用Verilog语言,支持多种寻址方式,具备完善的指令系统,能够执行一般微处理器的功能操作,满足实验教学中的实际需求并提升学生的实践能力和创新意识,为科研工作奠定了良好的基础。 展开更多
关键词 微处理器 精简指令集 现场可编程逻辑门阵列 存储器位于芯片内部 FPGA
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一种基于简单调度的FPGA并行密码运算方法
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作者 胡鑫 邓成 +2 位作者 魏奔 吴非 胡强 《通信技术》 2025年第1期91-98,共8页
针对应用层以下密码性能提升难、密码种类扩展难问题,提出了以“业务-算法”映射、“忙闲状态”两张表为调度基础的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)并行密码运算方法。该方法还通过清单传递实现保序输出,通过调... 针对应用层以下密码性能提升难、密码种类扩展难问题,提出了以“业务-算法”映射、“忙闲状态”两张表为调度基础的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)并行密码运算方法。该方法还通过清单传递实现保序输出,通过调度选择减少算法核密钥切换的频率,以及通过寄存器机制降低切换耗时。该单片FPGA并行密码运算方法避免了目前设备堆叠、全套部署的高成本投入,在降低调度复杂度的同时,与当前芯片及设备的小型化、绿色节能趋势相适应,支持今后芯片规模进一步增大、密码增量需求进一步增长后的低成本、快速改造。 展开更多
关键词 并行 高性能 密码运算 FPGA调度
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基于分布式网络的高精度同步起爆控制系统设计
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作者 楚康伟 薛澳阳 张会新 《舰船电子工程》 2025年第1期63-67,105,共6页
为解决工程爆破中时间同步精度不足,导致爆破效果不理想的问题,研究提出了一种基于分布式网络的爆破控制系统。该系统采用FPGA作为核心控制器,通过改进的时间同步协议(PTP协议),确保各节点之间的高精度时间同步。此外,系统利用低压差分... 为解决工程爆破中时间同步精度不足,导致爆破效果不理想的问题,研究提出了一种基于分布式网络的爆破控制系统。该系统采用FPGA作为核心控制器,通过改进的时间同步协议(PTP协议),确保各节点之间的高精度时间同步。此外,系统利用低压差分信号(LVDS)技术实现远距离数据传输,确保信号在复杂地形或环境下依然能够保持稳定传输和同步。爆破网络的各终端能够生成精确到纳秒级的延迟同步信号,从而保证所有爆破点在预定的时刻精确同步起爆,实现爆破效果的最大化。与传统的爆破同步方法相比,该系统不仅显著提高了同步精度,且在恶劣环境下仍能保持稳定运行。实验结果表明,该系统在各种复杂环境中都能稳定运行,时间同步精度达到了纳秒级,有效提升了爆破过程的安全性、一致性和可控性。该研究为解决工程爆破中的时间同步问题提供了一种创新且有效的方案,并为未来进一步提升爆破技术的精度和可靠性提供了理论依据和实践参考。 展开更多
关键词 分布式网络 FPGA 同步起爆
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基于RISC-V的IOMMU设计
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作者 王镇道 班贵龙 +1 位作者 胡锦 焦旭峰 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期187-194,共8页
在半导体技术受到管控的背景下,实现芯片的完全自主可控已成为现今半导体技术发展的重点.由于RISC-V具有开源、应用广泛的特性,研究RISC-V架构对于我国微处理器的自主可控具有重要研究意义.在微处理器系统中,由于物理资源的有限性和直... 在半导体技术受到管控的背景下,实现芯片的完全自主可控已成为现今半导体技术发展的重点.由于RISC-V具有开源、应用广泛的特性,研究RISC-V架构对于我国微处理器的自主可控具有重要研究意义.在微处理器系统中,由于物理资源的有限性和直接访问存储可能潜在危害,DMA访问I/O设备时将会受到诸多限制,从而影响访问性能.目前主流的方法是通过将I/O事务虚拟化,可以很好地解决这一问题.本文首次提出了一种基于RISC-V的I/O虚拟化架构,极大地加速了I/O访问进程,仅花费几个时钟周期就可快速完成I/O设备对内存的DMA请求.本设计将来可以作为IP,集成到RISC-V架构的处理器中,加速I/O设备对内存的访问. 展开更多
关键词 虚拟化 缓存 RISC-V
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一种异构多核系统动态调度协处理器设计
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作者 曾树铭 倪伟 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期185-195,共11页
为研究异构多核片上系统(multi-processor system on chip,MPSoC)在密集并行计算任务中的潜力,文章设计并实现了一种适用于粗粒度数据特征、面向任务级并行应用的异构多核系统动态调度协处理器,采用了片上缓存、任务输出的多级写回管理... 为研究异构多核片上系统(multi-processor system on chip,MPSoC)在密集并行计算任务中的潜力,文章设计并实现了一种适用于粗粒度数据特征、面向任务级并行应用的异构多核系统动态调度协处理器,采用了片上缓存、任务输出的多级写回管理、任务自动映射、通讯任务乱序执行等机制。实验结果表明,该动态调度协处理器不仅能够实现任务级乱序执行等基本设计目标,还具有极低的调度开销,相较于基于动态记分牌算法的调度器,运行多个子孔径距离压缩算法的时间降低达17.13%。研究结果证明文章设计的动态调度协处理器能够有效优化目标场景下的任务调度效果。 展开更多
关键词 动态调度 硬件调度器 异构多核系统 任务级并行 编程模型 片上缓存 片上网络
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