基于C/C++的多核处理器设计

姜欣宁 桂小林 姜晨炜

摘 要： 为了解决高校学生多核处理器的设计与实现困难的问题，介绍了一种多核处理器的设计思想和实现方法。该方法利用了面向对象技术将多核处理器的工作原理抽象出来，在ISE平台上通过高级编程语言完成从模型设计到HLS编码，再到具体硬件布局实现的完整过程。该方法和硬件描述语言（VHL）设计方法相比较，大大降低了FPGA设计的复杂度，提高了系统的开发效率，并且对于从事软件设计的编程人员也可以通过C/C++进行FPGA的设计。它为高校学生进行多核处理器（模型机）的开发提供了一种新型的、实用的、高效的设计思路和方法。

关键词： 多核处理器； FPGA； HLS； ARM； 高效率

中图分类号：TP332 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2015）09-47-04

Multi-core processor design with C/C++

Jiang Xinning， Gui Xiaolin， Jiang Chenwei

（Xi'an Jiaotong university institute of telecommunications， Xi'an， Shanxi 710049， China）

Abstract： In order to solve the problem of the design and implementation of the multi-core processor for college students， this paper introduces a design idea and implementation method of multi-core processor. The method uses object-oriented technology to abstract the work principle of multi-core processor， and on the ISE platform， the complete process from the model design to the HLS encoding and then to the specific hardware layout realization， is completed through the advanced programming language. Comparing with the design method of hardware description language （VHL）， this method greatly reduces the complexity of FPGA design， improves the development efficiency of the system， and ensures that the software programmer can also use C/C++ to achieve the design of FPGA. It provides a new， practical and efficient design method for college students to develop multi-core processor （model machine）.

Key words： multi-core processor； FPGA； HLS； ARM； high efficiency

0 引言

學习和掌握一个计算机模型机的设计和实现方法，对于培养学生理论联系实际、创新能力及培养计算机系统的设计人才，都有着十分重要的意义。目前在高校的计算机专业课程实验教学中，基本上是以单处理器为教学对象，而现实的应用中，主流处理器均是多核的处理器，它相对于单核处理器具有更高的指令并行执行能力，它能大大提高指令执行效率，进而提高整个系统的效率。所以开展多核处理器的研究和设计是我们教学改革的一个有益尝试。

我们开展单核处理器设计的实验教学已有八年多了。利用硬件描述语言（如VHDL，Verilog HDL等）在FPGA上实现单核处理器的的功能设计是目前国内外比较通用的方法，相比于微处理器，它具有功耗低，设计周期短，开发费用低等特点。……