基于C66x+国产FPGA高速数据处理板架构

Posted 2022-03-31 信迈科技DSP+ARM+FPGA

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概述
C66x处理器内核
C66x流水线结构
概述
C66X DSP是最新一代定点和浮点DSP，由4个乘法器组成，以实施单精度浮点运算。C66X DSP内核可同时运行多大8项浮点乘法运算，加之高达1.4GHz的时钟频率，使其具有很高的浮点处理性能。将多个C66x DSP内核与其他内核融合，即可创建出具有初中性能的多核片上系统器件。本文以TMS320C6678为例，介绍C66x内核。

TMS320C6678具有8个C66x内核，内核工作主频最高可达1.4GHz，理论上具有179.2（22.4x8）GFLOP和358.4(44.8x8)GMAC的处理性能。每个处理器内部有多级存储器：C66x内核中有L1P、L1D、L2SRAM；多核共享存储器为MSM SRAM。处理器具有多核导航器、网络协处理器、数据包加速器、信号量、PLL等多核共享的一些外部资源，同时提供如SRIO、PCIE、EMIF等多种外部接口。C6678的处理器架构如下图所示：

C66x处理器内核
C66x内核是C6678处理器的核心，用于完成高性能处理任务。

 

C66x内核由以下组件组成：C66xDSP、一级程序存储器控制器（L1P）、一级数据存储器控制器（L1D）、二级存储器控制（L2）、外部存储器控制器（EMC）、扩展存储器控制器（XMC）、带宽管理（BWM）、中断控制器和休眠控制器（PDC）组成。内核结构如下：

C66xDSP由8个功能单元，2个寄存器组和2条数据通路组成，结构如下图所示。两个寄存器组共有64个寄存器，分为A和B两组，每组由32个32-bit寄存器组成。通用寄存器可以用来存放数据，也可以当作地址指针。所支持的类型有8-bit打包数据，16-bit打包数据，32-bit数据，40-bit数据和64-bit数据，乘法支持128-bit数据。

8个功能存储单元（.L1 .S1 .M1 .D1 .L2 .S2 .D2 .S2）,每个功能单元的每个时钟周期都能够执行一条指令。.S单元执行通常的移位、分支及比较程序，.L单元执行通常的算数及逻辑程序；所有乘法指令都在.M单元执行（一个.M单元包含16组16x16bit乘法器，1个周期内可执行一次单精度浮点乘法运算，4个周期可执行一次双精度浮点乘法运算）。.D单元主要完成从存储器加载（load）数据到寄存器堆（register file）,并从寄存器堆保存(store)结果到存储器。

C66x流水线结构
计算机流水线（Pipeline）是Intel首次在486芯片中开始使用的。在CPU中把指令的执行分成若干个不同的功能单元来实现，由若干个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成若干步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。

C66x DSP的流水结构共分三个阶段：指令预取(Fetch)、指令解码(Decode)、指令执行(Execute)。各阶段的详细流水线结构如下：

阶段    流水名称    含义
Fetch    PG    Program address generate：产生程序地址
PS    Program address send：发送程序地址
PW    Program (memory) access ready wait：等待程序内存响应
PR    Program fetch packet receive：接收从内存传回的指令包
Decode    DP    Instruction dispatch：将指令分配到相应的功能单元
DC    Instruction decode：将指令在相应的功能单元进行译码
Execute    E1    执行指令，不同指令拥有不同的执行流水操作
...
E5
Fetch阶段的流水操作图示：

Decode 阶段的流水操作图示：

Execute 阶段的流水操作图示：