随着数字信号处理器(DSP)应用的不断扩展,如何提高DSP的运算性能面临着新的挑战。SIMD架构能充分发掘应用的数据级并行,以较低的硬件开销和功耗预算实现较高的峰值运算性能,已成为高性能DSP的主流。SIMD架构DSP通常能高效支持地址连续或等距跨步等规则数据的向量访存,但对广泛存在于科学计算和工程应用中的不规则数据访存却不能很好的支持。不规则访存使得SIMD DSP访存带宽效率下降,降低了处理器整体运算性能,Gather/Scatter访存技术则能有效缓解这一问题。V-DSP是课题组自主研发的高性能向量DSP内核,本文根据该DSP向量访存的需求,在支持其双向量Load/Store的基础上,设计了支持Gather/Scatter的向量存储器(GSVM),实现了不规则数据的向量访存,有效扩展了向量访存的适应范围,提高了带宽效率。本文的主要工作和创新点体现在以下几个方面:1、在分析不规则数据访存特点的基础上,提出了一种SIMD结构的冲突缓冲器阵列设计,以缓存仲裁失败的向量访问请求、保证向量访存的流水执行;搭建GatherS/Scatter访存分布模型和访存冲突量化模型,给出不同SIMD宽度下最佳的冲突缓冲器深度;有效降低了硬件开销。2、根据V-DSP超宽SIMD向量访存的特点,设计了GSVM的总体结构,设计了专用的支持多种寻址模式的Gather/Scatter访存指令及向量地址寄存器文件。3、在支持双向量Load/Store向量访存流水线的基础上,设计实现了GSVM访存流水线,包括指令译码、地址计算、访存仲裁和数据同步整理等流水站。设计采用访存请求分流的方式,有效解决了16个VPE的Gather/Scatter访存冲突问题,提高了不规则数据访存的带宽效率。4、完成GSVM部件的代码设计,基于SystemVerilog搭建了模块级验证平台完成模块级功能验证,采用断言实现设计和参考模型结果的比对,完成代码覆盖率统计,结果达到了设计目标。5、通过运行多组稀疏矩阵向量乘测试集对GSVM进行性能评估,实验结果表明GSVM相比常规的向量存储器,加速比可达2~3倍以上,能显著提升系统性能。最后基于某厂家40nm工艺、0.54ns的时钟周期约束,对GSVM进行逻辑综合,结果满足时序约束,总面积比原来增加了22%。