為4D無線通信設計基于軟件無線電及變寬度SIMD處理器體系結構

作者：王光時間：2015-09-07 來源：電子產(chǎn)品世界

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編者按：軟件無線電(SDR)處理器目前依然面臨非常多的問題。通過對4G無線通信協(xié)議的算法研究，參照現(xiàn)存的面向4G無線通信的商業(yè)處理器，設計并實現(xiàn)了基于SDR及變寬度的4G無線通信SIMD處理器體系結構;通過對處理器工作模式的研究給出了處理器中處理單元(PE，Process Element)核標量流水線的硬件實現(xiàn)方案。最后，對流水線模塊進行了邏輯綜合仿真，驗證了設計的正確性。

控制器流水線的主要工作是控制程序流，所以分支與跳轉占其工作負載的很大一部分。涉及到流水線的設計，數(shù)據(jù)冒險也需要考慮。這里通過兩個實例對幾個關系進行仿真，以驗證設計的正確性。

本文引用地址：http://2s4d.com/article/279221.htm

為4D-4.jpg

2.1 驗證實例1

　　匯編源程序：

　　addi r0，r1，4;

　　addi r0，r2，0;

　　bret r2，r1，3;

　　inc r2;

　　jnt -2;

　　inc r1;

　　這段程序的目的是為了驗證標量流水線的條件判斷類指令和無條件跳轉指令是否符合設計預期。仿真波形如圖4所示。從驗證波形可以看出，從0ns 時刻addi r0, r1, 4指令進入取指階段開始，一直到240ns時刻程序段執(zhí)行結束，整個運算過程結果都正確，最終寄存器r1的值變?yōu)?。

2.2 驗證實例2

　　匯編源程序：

　　addi r0, r2, 0;

　　addi r0, r1, 100;

　　add r1, r2, r2;

　　loop r1, -1;

　　addi r0, r3, 5;

　　這一段程序的目的是為了驗證在4G 無線通信或視頻算法中常見的循環(huán)計算，標量流水線的loop指令就是專為應對這樣的計算所設計的。實例程序展示的是100以內(nèi)的自然數(shù)求和。仿真波形如圖5所示。

為4D-5.jpg

　　從圖5可以看出，首先將寄存器r1和寄存器r2的值分別初始化為100和0;執(zhí)行add r1, r2, r2指令，$r2 = $r2 + $r1。loop r1, -1指令判斷是否寄存器r1的值大于0，如果成立，則跳轉成立，寄存器r1值減1，跳轉到add r1, r2, r2指令繼續(xù)執(zhí)行，如此反復。最終寄存器r2值為100以內(nèi)的自然數(shù)的和5050，16進制表示為000013ba。循環(huán)結束，addi r0, r3, 5執(zhí)行，置寄存器r3值為5。兩個實例驗證波形都驗證了指令執(zhí)行的正確性。

3 總結

　　本文以4G無線通信這一學術熱點為研究對象，結合4G無線通信協(xié)議和高清視頻中所使用的算法，研究和設計了基于SDR的變寬度SIMD處理器體系結構，包括處理器的工作模式、PE核標量流水線。仿真結果驗證了該處理器體系結構設計的正確性。

　　下一步，本文將針對4G無線通信所涉及的算法進行并行處理，并對處理器進行并行處理實例驗證。

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