● 摘要
随着超大规模集成电路的复杂性按照摩尔定律飞速提高，单个处理器的性能提高已经到达极限，因此无论是性能提升还是节能计算，都离不开对多核体系结构的考虑，多核处理器已经成为计算机处理器体系结构发展的必然方向。同时，基于FPGA的SOPC以其设计的灵活性和软硬件可编程等特点及优势倍受关注，成为现代电子系统设计的重要手段。 本文分析了多核处理器产生的技术背景，讲述并讨论了相关的并行计算技术，包括指令级并行和线程级并行。通过对现有多核处理器结构的研究分析，提出了一种双核原型系统的设计方案。同时引入IP核复用的概念，双核系统的内核是基于8051IP核来设计和实现的。 双核系统架构中将同构多核与异构多核的概念结合了起来，构成系统的两个核心在结构和功能上基本一致，但略有差异，主要体现在对串行接口和并行接口的处理上。论文详细讲述了双核系统的顶层模块及各功能模块的设计思想和实现过程，包括指令系统、控制单元、算术逻辑运算单元、定时器/计数器单元、串行接口单元和中断系统等。 本文通过一系列的功能仿真和逻辑综合对双核系统进行了验证。仿真和综合结果表明，双核系统在功能和结构上符合设计的要求。最后将IP核下载到FPGA上实现双核原型系统，从双核系统的应用验证结果可以看到，系统的两个核心可以并行地运行程序。