一種基于嵌入式微處理器SIMD核的可重構數據總線(xiàn)設計

　　摘要：提出了一種基于可重構總線(xiàn)的數據并行體系結構。首先，針對現代多媒體處理中存在的問(wèn)題，提出了一種基于可重構總線(xiàn)的一維處理單元陣列體系結構;其次，設計各處理單元之間的通信模塊以及處理元之間的數據傳遞方式，即可重構數據總線(xiàn)的設計;最后，通過(guò)對幾種常用的圖像處理算法的驗證，表明基于可重構總線(xiàn)的一維SIMD體系結構在邏輯上具有可行性。

　　前言

　　由于近些年來(lái)消費類(lèi)設備需求的猛增，如數碼相機和數字攝像機等設備，計算機對圖像的處理能力近年來(lái)成為大家關(guān)注的熱點(diǎn)。但是，傳統的處理器已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們對日益增長(cháng)的處理能力的要求。本文的體系結構正是針對數字圖像處理的特點(diǎn)，結合并行處理和可重構技術(shù)，提高處理器在圖像處理方面的能力。

　　SIMD計算機是由M.J.Flynn在對計算機系統的分類(lèi)中提出。根據SIMD結構上的不同，可將其分類(lèi)為兩種。一種是PE-to-Memory結構的SIMD計算機，PE不含局部存儲器，而由若干存儲器模塊通過(guò)對準網(wǎng)絡(luò )與PE相連，各存儲模塊為各PE共享，所以這種結構又稱(chēng)為共享存儲結構的SIMD計算機。另一種是PE-to-PE，即PE由ALU和局部存儲器組成，PE間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )連結，完成PE之間的數據通訊。這種結構也被稱(chēng)為分布式局部存儲結構SIMD計算機，在已研究成的SIMD機器中占絕大多數，本文中提出的SIMD核也采用此結構。

　　基于可重構總線(xiàn)的SIMD體系結構

　　體系結構模型

　　基于可重構總線(xiàn)的SIMD體系結構模型如圖1所示，由宿主機(Host)、協(xié)處理器(coprocessor)以及數據總線(xiàn)組成?！　?/p>

 

　　該模型的存儲結構采用哈佛結構，從而在尋址等一系列方面存在優(yōu)勢。由上圖可以看出該體系結構的主要部分在于PE陣列，共有32個(gè)PE，并且相鄰兩個(gè)PE之間增加了可重構總線(xiàn)，用于負責PE之間的通信，從而引入了鄰居本地化，配置總線(xiàn)指令等相關(guān)內容，增強了PE之間通信的靈活性。另外，在PE陣列中，該模型還為每個(gè)PE設計了DRAM，為每個(gè)處理元提供片上內存，減少了與宿主機的I/O次數，從而提高了PE陣列的處理能力。