面向移動(dòng)終端軟基帶算法并行實(shí)現(xiàn)的矢量處理器設(shè)計(jì).pdf

1、當(dāng)前以LTE/LTE Advanced為代表的第4代移動(dòng)通信技術(shù)(4G)已開(kāi)始進(jìn)入商用階段，LTE-Advanced作為L(zhǎng)TE標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)除了提供更高的極限吞吐率外還需向前兼容已有的LTE標(biāo)準(zhǔn)，呈現(xiàn)出如下兩個(gè)方面的特點(diǎn):①基帶處理算法的運(yùn)算密度不斷加大;②協(xié)議模式多種多樣。這對(duì)于以功耗和面積為重要指標(biāo)的終端基帶處理芯片帶來(lái)了更高的設(shè)計(jì)要求，須在考慮終端芯片的性能、功耗的同時(shí)還要兼顧靈活性和升級(jí)成本因素。因此，軟件定義無(wú)線電的基帶處理（軟基

2、帶）技術(shù)因其具有靈活性高、升級(jí)成本低等優(yōu)勢(shì)，逐漸取代了傳統(tǒng)ASIC設(shè)計(jì)思路成為移動(dòng)終端芯片發(fā)展的趨勢(shì)。
　　本論文對(duì)采用正交頻分復(fù)用(OFDM)和多發(fā)多收(MIMO)方案的通信系統(tǒng)的基帶算法深入分析，核心算法包括FIR濾波、快速傅里葉變換(FFT)、信道估計(jì)、MIMO檢測(cè)和信道譯碼等，結(jié)果顯示這些算法在運(yùn)算量大的同時(shí)還具有很好的并行性，這為實(shí)現(xiàn)以矢量處理器為主導(dǎo)的軟基帶處理技術(shù)提供了可行性。為此，本論文面向移動(dòng)終端的基帶處理，從算

3、法和硬件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面綜合分析設(shè)計(jì)并行實(shí)現(xiàn)方案，并設(shè)計(jì)了矢量處理器模型。
　　論文的研究工作主要從算法分析、矢量處理器模型設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證三個(gè)方面展開(kāi):
　?、偎惴ǚ治?針對(duì)各基帶核心算法的原理、運(yùn)算量需求的特點(diǎn)，研究了各算法的并行實(shí)現(xiàn)方案，如:FIR、FFT、Viterbi譯碼、LDPC譯碼算法采用算法內(nèi)部數(shù)據(jù)的并行，重點(diǎn)解決并行實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)齊問(wèn)題;MIMO信道估計(jì)、檢測(cè)算法主要從任務(wù)并行的角度出發(fā)，提出了一個(gè)一致性

4、較好的軟輸出算法。
　　②矢量處理器模型設(shè)計(jì):分析了現(xiàn)有主流的通信基帶處理器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括SODA(Signal-processing On-demand Architecture)、Ardbeg、 AnySP和TI的C64系列等;在此基礎(chǔ)上結(jié)合基帶算法并行化的特點(diǎn)和需求，提出了一種單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)和超長(zhǎng)指令字(VLIW)混合結(jié)構(gòu)的矢量處理器模型。模型首先分析了處理器的設(shè)計(jì)參數(shù)，包括支持的數(shù)據(jù)定點(diǎn)長(zhǎng)度、SIMD寬度、各個(gè)

5、功能單元的比例;其次深入研究了處理器的硬件結(jié)構(gòu)，包括算數(shù)邏輯運(yùn)算單元、乘法單元、存取單元、控制和標(biāo)量單元、寄存器組等;最后給出了指令集的設(shè)計(jì)和C編譯器設(shè)計(jì)的方法。
　?、蹖?shí)現(xiàn)驗(yàn)證:本論文提出的矢量處理器采用LISA語(yǔ)言進(jìn)行建模仿真，得到了時(shí)鐘精確的處理器仿真模型及匯編工具鏈，同時(shí)為處理器設(shè)計(jì)了相應(yīng)的C編譯器。進(jìn)而通過(guò)Processor Designer生成Verilog硬件描述語(yǔ)言，通過(guò)ISE綜合后，在ML605開(kāi)發(fā)板上做了硬件驗(yàn)