精简指令集计算机协处理器设计

针对AES与SHA-3候选算法中Gr stl软件运算速度慢的问题,提出一种通过精简指令集计算机(RISC)协处理器来加速算法运算的设计方案。该协处理器复用片上高速缓存充当查找表来加速运算,并在RISC处理器的基本指令集架构中增加特殊指令。实验结果表明,与传统基于并行查找表的方案相比,该方案能够以较小的硬件代价加速AES与Gr stl运算。

一种加速访存地址计算的编译优化

在国产申威高性能多核服务器系统中,基础编译系统对应用程序中访存操作进行代码生成时,没有考虑国产处理器指令特征,导致编译器生成的访存地址计算代码效率较低,影响国产高性能处理器的性能。为充分发挥国产处理器高性能计算能力,提出一种加速访存地址计算的编译优化方法。加速访存地址计算编译优化基于处理器支持带扩展因子的运算指令,在编译器后端内存地址表达式合法性检查中,添加针对乘加模式的地址计算表达式合法性检查算法,自动识别地址表达式中存在的乘加运算并进行合法性检验,对符合条件的地址表达式在代码生成阶段匹配生成带扩展因子的运算指令来快速计算访存地址,从而加快访存指令的发射与执行以及应用程序中的访存地址生成,提升访存效率。使用行业标准性能测试集SPEC CPU2006对优化效果进行评测,结果表明,相比优化前SPECspeed Integer与SPECspeed Float Point两个子集,该优化方法平均性能分别提高了2.53%与1.50%。

多发射处理器的指令调度算法研究

RISC体系作为精简指令集计算机的兴起,使得多发射处理器的指令调度算法成为研究热点。本文从程序块划分和执行角度,讨论了多发射处理器的指令调度算法,介绍了几种局部指令和全局指令调度的影响力较大的算法。它们通过指令调度的优化,提高多发射处理器内部功能部件的执行并行性。本文还给出了进一步研究方向,构造多发射结构多处理器并行处理系统,实现处理器之间的并行技术和处理器内部的并行技术的整合。

地应力监测中定位与姿态数据采集系统设计

针对地应力低频电磁监测中高效数据采集、精准授时和实时定姿定位问题,设计并实现了基于嵌入式的定位与姿态测量模块相结合的实时数据采集系统,以ARM微处理器(S3C6410)和嵌入式Linux作为系统控制核心平台,详细介绍了系统软硬件设计架构,设计并完成定位与姿态测量特征数据提取算法,基于LCD触摸屏和Qt/Embedded进行数据采集处理终端的图形用户界面设计并实现人机交互;另外,系统在完成控制显示等功能的同时能将所需数据实时存储至SD卡,为后续数据分析提供依据。系统联调与外场实验验证表明:该系统能够完成定位与姿态数据的实时采集和处理,数据获取效率较高,有效解决了地应力监测中的实时定姿定位,能够高速、实时、可靠地进行地应力低频电磁监测。

新型船用罗经显控装置设计和实现

为解决传统装置存在的数据传输速率慢、可靠性差、误码率高等问题,本文提出了一种基于高级精简指令集计算机处理器(ARM)的显控装置设计。该设计采用总线冗余的方式,通过模块化设计,实现了数据传输与转发、液晶显示屏(LCD)显示、键盘操作、全球定位系统(GPS)信号接入、检测与警示等功能。实践应用表明,该装置体积小、成本低、可靠性高,后期可维护并易于扩展,有广阔的应用前景。

RISC-V AES扩展指令的硅前评估与安全增强

针对密码算法加速的指令集架构扩展可能为处理器引入侧信道泄露的风险,提出了一种硅前阶段侧信道安全评估方法,能准确定位处理器运行过程中存在侧信道泄露风险的时刻与微架构组件.基于一款32 bit顺序精简指令集计算机(RISC-V)处理器架构,实现了两种代表性的高级加密标准(AES)扩展指令与扩展硬件电路,而后应用所提出的评估方法对其开展侧信道安全评估.基于评估结果提出了扩展端口动态掩码和运算单元功耗随机化的混合防护策略,进行了硅前安全验证,最终实现了高侧信道安全的AES指令集架构扩展.实验结果表明:所提出的混合防护策略能够在4.9%的面积开销下,提升了AES扩展1 886倍以上的侧信道安全性.

基于FPGA的PLC并行定时器的设计

构建了一种采用ARM与FPGA协同并行工作实现定时功能的PLC控制系统。设计了ARM-FPGA系统的通信方式与协议,实现了ARM与FPGA之间快速高效的通信。由于PLC内部包含了数量较多的定时器,因此在FPGA中采用串行方式与并行方式相结合的方法实现PLC定时功能,经过分析与测试可知,该设计方法不仅可以保证定时器的计时误差在1ms以内,还能提高系统工作效率与减少硬件资源耗用。通过对FPGA内部功能模块的仿真测试与ARM-FPGA系统联合测试,验证了ARM-FPGA系统可以初步实现PLC的预期功能,其中FPGA可以稳定精确地实现定时功能。

ARM微处理器中断响应时间的实验研究

介绍ARM微处理器S3C2440A的中断处理机制,设计一种实验测定中断响应时间的方法,实测了理想状态下S3C2440A的快速中断FIQ和标准中断IRQ的响应时间,并对实验数据进行分析处理,给出实测数据的拟合函数,从而得出以下结论:FIQ与IRQ的中断响应时间基本相等,中断响应时间与CPU的运行时钟无关,只与中断控制器的运行时钟频率呈反比关系,启用高速缓存时的中断响应时间不到禁用高速缓存时的1/3。

一种基于并行处理器的快速车道线检测系统及FPGA实现

该文提出了一种并行的快速车道线检测系统。该系统包含一个32×32的处理器单元(PE)阵列和双RISC子系统。PE阵列实现车道线图像像素级并行预处理,获取图像边缘特征,双RISC核子系统根据边缘特征实现两条车道线直线参数的并行检测,从而使得检测过程的每一步都是并行进行,显著提高检测速率。该系统用FPGA实现。实验结果表明本系统具有良好的鲁棒性且可达到每秒50帧的检测速率,满足了车道偏离预警系统实时性要求,具备重要的应用价值。

基于ARM的最小应用系统设计与开发

采用RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机)架构的32位ARM(Advanced RISC Machines)微控制器,具有低功耗(内核工作电压一般为1.8V)、高性能、运算速度快(一般以MIPS为单位)、执行效率高等优点。本文采用Atmel公司的ARM920T内核的32位ARM微控制器AT91RM9200,实现其最小应用系统的硬件设计和软件开发;完成系统的调试和仿真。

汽车电子控制单元ECU的设计

本文给出了汽车电子控制单元ECU的IP核设计。该IP核基于RISC技术的单指令、单周期的体系结构,并采用了自顶向下(top-down)的设计方法和硬件描述语言VerilogHDL,给出了ECU的体系结构以及各个功能模块的具体设计和仿真结果。

8位RISC微处理器核的参数化设计

文章分析了精简指令集的结构特征和嵌入式系统的应用需求,在设计出的8位RISC微处理器核的基础上,从指令集、存储空间等体系结构方面做了参数化设计和参数提取,讨论了硬件描述语言和运行于微处理器核上的程序对参数化设计的支持。参数化的设计方法增强了IP核的灵活性和可重用性,可以在大批量设计片上系统的过程中充分使用参数化设计方法。

基于RISC的MPEG-4音频解码软件优化

为了提高MPEG-4先进音频编码(AAC)的解码效率,提出了在通用32位精简指令集计算机(reduced in-struction set computing,RISC)上实现MPEG-4 AAC低复杂度框架解码的软件优化技术.解码过程可以分成比特流解码部分和运算部分.应用存储器分层结构加速比特流解码;基于运算过程、对象和乘法运算的优化技术提高运算部分的解码效率.结果表明,在35 MHz的处理器频率上实现了立体声实时解码,提高了解码效率.

DSP主机接口在分布式电能质量监测仪中的应用

提出在分布式电能质量监测仪中采用数字信号处理器(DSP)的主机接口(HPI)实现双CPU间的通信。整个电能质量监测系统采用高级精简指令集计算机(ARM,型号S3C2410X)和DSP(型号TMS320C6713)双CPU结构的总体设计方案。文中给出了HPI的硬件连接图,介绍了在WinCE操作系统中编写HPI驱动程序的要点,给出了监测仪使用的HPI驱动程序的接口函数HPI_Init的流程图,以及驱动程序对S3C2410X相关寄存器的设置,最后介绍了影响HPI通信速度的因素和监测仪所采用的HPI通信规范。

基于S3C4510B的ARM开发平台

随着计算机技术、微电子技术和网络技术的迅速发展,嵌入式系统在各个领域得到了广泛的应用。ARM处理器是目前公认的业界领先的32位嵌入式RISC微处理器,已成为许多行业嵌入式解决方案的RISC标准。文章首先介绍了S3C2410B芯片的工作机制,然后介绍了基于S3C2410B芯片的ARM开发平台-S3C2410B开发板。该平台功能强大,适合用来作为开发高性能手持式以及便携式智能设备或终端。

基于ARM的嵌入式系统教学平台的设计与实现

基于ARM的嵌入式系统教学平台的设计与实现以低功耗、低成本、高性价比的32位RISC ARM7TDMI系列嵌入式微处理器S3C44B0为核心,设计嵌入式系统教学实践硬件平台,包括硬件电路原理图设计和PCB板图设计,使用免费开源的Linux作为操作系统完成uclinux在教学实践硬件平台上面的移植,并为嵌入式系统教学实践平台配套设计一个综合应用实验.

基于现场可编程门阵列的RISC处理器设计

基于现场可编程门阵列(FPGA)平台,设计嵌入式精简指令集计算机(RISC)中央处理器(CPU)。参考无内部互锁流水级微处理器(MIPS)指令集制定原则设计CPU指令集,通过分析指令处理过程构建嵌入式CPU的5级流水线,结合数据前推技术和软件编译方法解决流水线相关性问题,并实现CPU的算术逻辑单元、控制单元、指令cache等关键模块设计。验证结果表明,该嵌入式RISC CPU的速度和稳定性均达到设计要求。

基于ARM的机车轴承故障诊断系统

介绍一种基于ARM嵌入式系统和机车轴承诊断系统。该系统可方便、快捷地完成机务段常用的机车轴承检测项目,诊断出故障类型,分析出可能引起故障的原因,并提出维修或更换的建议。通过数种方式,方便灵活地将诊断信息适时传给机务段管理计算机,便于同机车其他信息统一管理。实验结果表明,该系统运行稳定可靠,达到了预期效果。详细介绍软硬件设计过程。

嵌入式微机MPC555驻留片内监控器的开发与实现

主要讨论了如何在摩托罗拉嵌入式ＲＩＳＣ（精简指令集计算机）微型计算机（ＰｏｗｅｒＰＣ系列ＭＰＣ５５５）上进行有效的软件开发．结合驻留片上监控器程序的开发实例，对开发的方法、过程进行了简要阐述，并着重对这种控制应用程序模块运行的监控器程序的设计及特点进行了详细分析．

基于嵌入式系统的高速公路低压测控装置设计及应用

为了保证隧道和桥梁用户端电网的安全运行及了解用户端电网运行的状况,需要对用户端电网进行实时监测。介绍了高速公路低压测控装置中以AT91RM9200为核心的硬件结构及软件的实现流程。