【摘 要】
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目前,片上多处理器已广泛地应用于高端服务器和高性能计算等诸多领域,但针对嵌入式系统高性能低功耗需求的多堆栈处理器研究与应用还相对滞后。为此,本文在对堆栈处理器、Forth系统和硬件描述语言等研究的基础上,借鉴和采用Forth及多处理器理论与方法,对多处理器技术、指令集设计、终端重定向以及动态加载等关键问题进行探索,提出并设计了一种适合嵌入式环境高性能、低功耗需求的片上多Forth堆栈处理器架构。在
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目前,片上多处理器已广泛地应用于高端服务器和高性能计算等诸多领域,但针对嵌入式系统高性能低功耗需求的多堆栈处理器研究与应用还相对滞后。为此,本文在对堆栈处理器、Forth系统和硬件描述语言等研究的基础上,借鉴和采用Forth及多处理器理论与方法,对多处理器技术、指令集设计、终端重定向以及动态加载等关键问题进行探索,提出并设计了一种适合嵌入式环境高性能、低功耗需求的片上多Forth堆栈处理器架构。在现有单堆栈处理器研究的基础上,本文所做的具体工作为:（1）为解决多堆栈处理器连接问题,对多堆栈处理器结构、硬件布局设计、指令系统等模块进行了优化设计,提出并实现了片上多Forth堆栈处理器架构;（2）为解决片上多处理器终端重定向问题,本文在片上多处理器架构研究的基础上,对Forth终端交互、多路选择器和总线仲裁器等模块进行研究,提出了片上多Forth堆栈处理器的终端重定向架构,实现了片上多处理器UART串口资源的高效利用,降低了资源占用率,且充分发挥了Forth系统的交互特性;（3）为解决堆栈处理器动态加载问题,本文重点对SD卡接口、地址选择器、BUFFER缓冲区管理和Forth固件加载等模块进行研究,实现了片上多处理器Forth固件的动态加载,提高了系统的在线升级、扩展和重构能力,且充分发挥了Forth系统的重构特性。本文在多路选择器、串口总线仲裁器、SPI通信以及缓冲区内部RAM的读写等部分核心功能模块仿真的同时,采用Xilinx公司的xc6slx9和100t-fgg676FPGA开发板以双J1处理器为验证实例对片上多堆栈处理器、终端重定向和Forth动态加载进行了实验验证,结果表明,系统逻辑功能正确、设计简洁高效、资源利用率较高,在片上多堆栈处理器领域以及终端重定向和Forth固件动态加载等方面实现了技术突破,具备在单片上大规模集成堆栈处理器的前景。
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