一种基于嵌入式微处理器SIMD核的可重构数据总线设计

　　摘要：提出了一种基于可重构总线的数据并行体系结构。首先，针对现代多媒体处理中存在的问题，提出了一种基于可重构总线的一维处理单元阵列体系结构;其次，设计各处理单元之间的通信模块以及处理元之间的数据传递方式，即可重构数据总线的设计;最后，通过对几种常用的图像处理算法的验证，表明基于可重构总线的一维SIMD体系结构在逻辑上具有可行性。

　　前言

　　由于近些年来消费类设备需求的猛增，如数码相机和数字摄像机等设备，计算机对图像的处理能力近年来成为大家关注的热点。但是，传统的处理器已经不能满足人们对日益增长的处理能力的要求。本文的体系结构正是针对数字图像处理的特点，结合并行处理和可重构技术，提高处理器在图像处理方面的能力。

　　SIMD计算机是由M.J.Flynn在对计算机系统的分类中提出。根据SIMD结构上的不同，可将其分类为两种。一种是PE-to-Memory结构的SIMD计算机，PE不含局部存储器，而由若干存储器模块通过对准网络与PE相连，各存储模块为各PE共享，所以这种结构又称为共享存储结构的SIMD计算机。另一种是PE-to-PE，即PE由ALU和局部存储器组成，PE间通过互联网络连结，完成PE之间的数据通讯。这种结构也被称为分布式局部存储结构SIMD计算机，在已研究成的SIMD机器中占绝大多数，本文中提出的SIMD核也采用此结构。

　　基于可重构总线的SIMD体系结构

　　体系结构模型

　　基于可重构总线的SIMD体系结构模型如图1所示，由宿主机(Host)、协处理器(coprocessor)以及数据总线组成。　　

 

　　该模型的存储结构采用哈佛结构，从而在寻址等一系列方面存在优势。由上图可以看出该体系结构的主要部分在于PE阵列，共有32个PE，并且相邻两个PE之间增加了可重构总线，用于负责PE之间的通信，从而引入了邻居本地化，配置总线指令等相关内容，增强了PE之间通信的灵活性。另外，在PE阵列中，该模型还为每个PE设计了DRAM，为每个处理元提供片上内存，减少了与宿主机的I/O次数，从而提高了PE阵列的处理能力。