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設計與實現以RISC-V架構為基礎之嵌入式多模態四核心處理器

為了解決UPST的問題，作者顏維亮 這樣論述：

在現今科技發展下嵌入式處理器已融入人們的生活中，不論是手機、家用電器、工業以及交通電子等，都可看見嵌入式處理器的蹤影，其應用性相當廣泛，而普遍追求的目標不外乎是功能、功耗、可靠度以及效能等，尤其在智能電動載具的發展上，更是需要集此功能於單晶片的處理器。而對於嵌入式處理器而言，近期崛起的RISC-V指令集架構具有開源、指令精簡、彈性化的指令模組等特點，相較其他指令集架構更有優勢。 本論文以RISC-V架構為基礎，提出了一個多模態四核心處理器，其架構由兩組雙核心建構而成，並使用指令分析器統一管理派發指令，同時也設計了四種模態，分別有UPST(United Processor Single

Thread)、CPDT(Couple Processor Dual Thread)、SPQT(Separate Processor Quad Thread)、SPST(Single Processor Single Thread)，可應用於不同情境，並且多模態處理器在不同模態下皆能透過軟體中斷來達到實質上的應用。本論文使用C++程式模擬多模態四核心處理器，驗證其在各個模式下運作的正確性。在SPQT模式下，四顆核心各自執行程序，來達到多工的效果，可提供應用於錯誤容忍的機制，來達到可靠度需求的系統；在CPDT模式下能使兩個雙核心獨立運行，能夠同時執行兩個於雙核超純量模式運作的執行序；於SPST模

式下能夠保留一顆核心的運作，並將其餘核心停止運作，維持基礎運算量達成節省功耗需求；而在UPST模式下能夠正確的以四顆核心同時執行一個超純量模式運作執行序，能在有大量運算需求時，提供較好的執行效能。多模態處理器能夠彈性化的因應不同的情境需求，可動態的切換模式，本論文透過執行實際程式指令的模擬測試，進行效能上的評估，驗證於超純量模式下可有效的提升並行度。此外以Verilog硬體描述語言實現多模態雙核心處理器的開發，應用Tsmc13製程進行合成，面積約為477,933um2，操作頻率為100MHz。並模擬中斷與異常處理，驗證在不同模態下皆能達到精確中斷，同時也透過FPGA進行實現與驗證其在硬體功能實

務上的正確性。