● 摘要
在单核性能提高越来越难，功耗成指数级增长的背景下，多核处理器成为了计算机体系结构发展的必然选择。现在RISC处理器已经广泛的应用在我们的身边，例如嵌入式微处理器中的佼佼者ARM，全球通信市场上处于无可争议领袖地位的POWERPC等。MIPS是一款典型的RISC的体系结构处理器，如何充分的利用MIPS这种体系结构进行多核系统的研究与设计，使其更好的为人们服务是很有意义的。面临计算机体系结构技术的重大变革，如何培养一批将来能够在新型体系结构下从事计算机科学和技术研究的优秀人才，是各高校面临的一个重要的问题。但目前国内无成熟的、开放性的、针对性强、性价比高的多核教学系统，市场上更没有专门针对MIPS架构的教学型多核处理器实验平台，因此开发一个能够支持MIPS多核相关教学、性价比高的教学系统很有意义。本文探索性的开发一个用于支持MIPS多核处理器教学的实验平台，为进行MIPS多核处理器相关教学研究进行前期的验证工作。本文首先分析MIPS体系结构的特点，结合教学型MIPS-C处理器的设计，设计了一套针对教学型MIPS多核实验硬件平台，本硬件平台的FPGA选用Xilinx公司的FPGA Sparton 6 XC6SLX150FG676作为主芯片，针对教学型MIPS-C处理器的特点，用NOR FLASH构成了支持多核的指令存储器，使用SRAM自己设计了作为多核处理器数据存储器的内存条。该系统板上集成了用于相关实验的基本的I/O：串口、LED、数码管、输入开关等。本文最后通过使用MIPS-C处理器构造了一个片上系统，使用经过交叉编译的测试程序和MIPS-C片上系统来检测该系统是否能够支持MIPS架构的处理器，最后从实验结果和系统硬件资源来分析论证该系统对多核系统的支持，从而验证了该系统能够满足MIPS多核教学系统的基本需求，然后使用Xilinx的商用可配置多核处理器dual-MicroBlaze构造一个片上系统，使用该系统对系统板进行验证，从而验证该系统板能够支持教学用多核处理器设计。