高性能Java處理器設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著芯片設(shè)計(jì)技術(shù)以及深亞微米工藝的不斷提升,將整個(gè)系統(tǒng)包括核心處理器、外圍控制器與軟件代碼等系統(tǒng)必備的組件與模塊集成到一塊小型芯片上已成為大勢(shì)所趨。因此,SoC的概念應(yīng)運(yùn)而生。SoC(片上系統(tǒng),System—on-Chip)的發(fā)展是超高集成度處理芯片技術(shù)研究的主流發(fā)展方向,更是當(dāng)代電子系統(tǒng)產(chǎn)品不斷追求Turn—key策略的必然選擇。
　　 在高速發(fā)展的嵌入式電子系統(tǒng),尤其是消費(fèi)類電子產(chǎn)品,其更新?lián)Q代的速度遠(yuǎn)比其它電子系統(tǒng)要快。如

2、何選擇一種既擁有強(qiáng)大硬件功能的支持,又可快速開(kāi)發(fā)軟件應(yīng)用的解決方案是研發(fā)人員長(zhǎng)期以來(lái)一直在探討的問(wèn)題。近年來(lái),Java技術(shù)以其高安全性,跨平臺(tái)性,嚴(yán)封裝性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到各類電子系統(tǒng),范圍從大型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器至小型嵌入式系統(tǒng)都可以見(jiàn)到Java技術(shù)的身影。特別是Java技術(shù)的跨平臺(tái)特性,“一次開(kāi)發(fā),隨處運(yùn)行”,將減少大量的研發(fā)投入和耗時(shí)。加之Java的開(kāi)源特性,更使得基于Java的資源比基于其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的資源要豐富,資源更新也更為迅速和及

3、時(shí)。
　　 然而,Java技術(shù)在嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用遇到了一些問(wèn)題,其中最主要的就是Java程序運(yùn)行效率較低,消耗過(guò)多的存儲(chǔ)器資源。這是因?yàn)镴ava為了保證跨平臺(tái)運(yùn)行特性采用了虛擬機(jī)技術(shù)。在上層Java應(yīng)用和底層硬件平臺(tái)間植入了中間件Java虛擬機(jī),使得Java程序在嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行必須經(jīng)過(guò)軟件翻譯的過(guò)程。
　　 面對(duì)軟件Java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)方案的這些困惑,為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)專用的Java處理器是較好的解決方法。本研究課題的設(shè)計(jì)

4、目標(biāo)是通過(guò)芯片級(jí)的方式實(shí)現(xiàn)Java虛擬機(jī),最終在自主研發(fā)的.Java處理器上直接運(yùn)行由標(biāo)準(zhǔn).Java編譯器生成的Java字節(jié)碼程序。
　　 經(jīng)過(guò)在全球范圍內(nèi)進(jìn)行Java處理器的研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于商用型芯片,國(guó)外只有作為協(xié)處理器角色的.Java處理技術(shù)在大范圍使用,國(guó)內(nèi)并無(wú)相應(yīng)芯片:對(duì)于學(xué)術(shù)型研究,國(guó)內(nèi)外均專注于理論研究及原型開(kāi)發(fā),部分通過(guò)FPGA建模實(shí)現(xiàn),并沒(méi)有一款通過(guò)ASIC方式進(jìn)行最終驗(yàn)證的Java處理器。本次課題將采用RISC

5、架構(gòu),設(shè)計(jì)出一種基于AMBA總線的高性能Java處理器,和已有的Java處理內(nèi)核相比具備高運(yùn)算量處理能力。為了增強(qiáng)芯片實(shí)用性和拓展應(yīng)用范圍,將采用SoC的設(shè)計(jì)方法和低功耗設(shè)計(jì)策略,將該Java處理器核和多種通用外設(shè)控制器集成至同一塊芯片中,并通過(guò)MPW流片驗(yàn)證。最終設(shè)計(jì)出一套相應(yīng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái),驗(yàn)證該款Java專用處理器SoC芯片的高性能、低功耗、小面積等特性。
　　 該Java處理器采用0.18um Logic工藝進(jìn)行MPW流片,