發(fā)布時(shí)間：2020-07-20 20:08

【摘要】：專用指令集處理器(ASIP，Application Specific Instruction Set Processor)是一種新型的具有處理器結(jié)構(gòu)的芯片，它為某個(gè)或某一類型應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)。通過權(quán)衡速度、功耗、成本、靈活性等多個(gè)方面的設(shè)計(jì)約束，設(shè)計(jì)者可以定制ASIP達(dá)到最好的平衡點(diǎn)，從而適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)的需要。因而ASIP在嵌入式領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。 ASIP設(shè)計(jì)需要面對(duì)多種類型的應(yīng)用定制最優(yōu)的體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用多樣性和設(shè)計(jì)時(shí)效性是迫切需要解決的問題。然而，目前ASIP體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究大多在某個(gè)局部展開，難以提供一種具有易用性、快速性和可評(píng)估性的設(shè)計(jì)方法和環(huán)境。所以，本文在對(duì)具體的ASIP設(shè)計(jì)步驟和現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法學(xué)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一種“描述-搜索-細(xì)化”的ASIP體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程，研究了設(shè)計(jì)中體系結(jié)構(gòu)描述、搜索與低功耗優(yōu)化的問題，并依此實(shí)現(xiàn)完整的設(shè)計(jì)環(huán)境原型。主要研究歸結(jié)為 ① 基于ASIP體系結(jié)構(gòu)描述語言xpADL的軟件工具生成技術(shù)。使用體系結(jié)構(gòu)描述語言xpADL驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了描述語言可執(zhí)行語義的轉(zhuǎn)化和擴(kuò)展機(jī)制，支持快速的功能性驗(yàn)證和性能估計(jì)。 ② 基于基本指令集方法的指令集定制和結(jié)構(gòu)屬性設(shè)計(jì)空間搜索技術(shù)。定制指令集時(shí)利用性能、能耗、面積等多指標(biāo)歸一化模型評(píng)估指令集擴(kuò)展的效果，并采用低功耗狀態(tài)編碼的思想進(jìn)行指令字編碼。同時(shí)，采用自動(dòng)生成的軟件工具對(duì)由流水線、功能部件、存儲(chǔ)部件等構(gòu)成的結(jié)構(gòu)屬性設(shè)計(jì)空間進(jìn)行搜索，得到最優(yōu)的ASIP體系結(jié)構(gòu)。 ③ 結(jié)合ASIP體系結(jié)構(gòu)特征，以應(yīng)用特征為指導(dǎo)，針對(duì)指令集(程序代碼)、流水線和存儲(chǔ)部件進(jìn)行了低功耗優(yōu)化研究。 ④ 在上述研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)支持“描述-搜索-細(xì)化”設(shè)計(jì)流程的ASIP體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)境原型A~2IDE，并基于此平臺(tái)定義了采用ARM、PISA和Vcore等體系結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)型ASIP，驗(yàn)證了A~2IDE的有效性。 本論文做出的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在： (1)在深入分析已有的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了“描述-搜
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TP332
【圖文】：

3.5.1.3指令功能函數(shù)類C的單一行為描述在根據(jù)顯式定義的操作數(shù)進(jìn)行操作數(shù)到變量的替換之后，能被直接用作指令功能函數(shù)中的代碼語句。如圖3.7中的源操作數(shù)SRCI和目的操作數(shù)DsT分別被替換成具有操作數(shù)信息的變量從紅仁WORD和私又盯，從而獲得代碼語句麗et(從牡處盯)reda(VA--RWORD))。圖3.7顯示了描述片斷和代碼片斷中四個(gè)部分的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其中存儲(chǔ)單元分配宿主機(jī)的內(nèi)存來模擬，對(duì)于大內(nèi)存采用存儲(chǔ)池的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理模擬。域和變量都進(jìn)行宏展開，前者用來獲得指令字中的字段取值，后者用作基本函數(shù)erad和叭居iet中的參數(shù)。最后，指令的統(tǒng)一類C行為描述把操作數(shù)的標(biāo)記替換成對(duì)應(yīng)的變量，形成C語言語句，可以直接放入指令功能函數(shù)中。指令行為執(zhí)行就是通過調(diào)用指令功能函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

滿足嵌入式設(shè)計(jì)的一些約束的同時(shí)，能夠達(dá)到高效的特點(diǎn)。為了提高應(yīng)用程序的執(zhí)行效率，在SFU實(shí)現(xiàn)中通常會(huì)采用封裝并行操作，或者封裝出現(xiàn)頻度較高的一組指令的方法。圖.44顯示了封裝數(shù)據(jù)流圖中乘法和加法指令的例子，乘法和加法組合形成的乘加指令需要一個(gè)SFU乘加器來執(zhí)行。

到功耗優(yōu)化的效果，要在應(yīng)用分析時(shí)對(duì)循環(huán)連續(xù)執(zhí)行次數(shù)進(jìn)行預(yù)估，連續(xù)執(zhí)行次數(shù)大于閡值的循環(huán)，才被認(rèn)為能夠供緩沖處理。代碼擴(kuò)充如圖5.3所示，原始代碼中符合緩沖條件的循環(huán)體被逐個(gè)進(jìn)行擴(kuò)充。擴(kuò)充循環(huán)體由三個(gè)部分組成:循環(huán)起始標(biāo)記指令LBE(loopbgein)，原始循環(huán)體和分支延遲“.‘圖5.3代碼擴(kuò)充LBE包括兩個(gè)指令字段:操作碼域和指示擴(kuò)充循環(huán)體大小的域，分別記為po和siez。鑒于緩沖處理的循環(huán)體較小，只要6位的siez字段就能指明最多128條指令的循環(huán)體，所以無論是16位或者32位的嵌入式應(yīng)用，甚至是指令位數(shù)更少的嵌入式體系結(jié)構(gòu)，定制指令集中加入LBE從編碼角度來看是合適的。在分支延遲槽中插入nop指令是保證程序運(yùn)行次序的一個(gè)簡(jiǎn)單而又有效的方法。每次緩沖的循環(huán)體流出分支指令時(shí)

【共引文獻(xiàn)】

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1 趙振西,張虹,周學(xué)海,雷霆;功能部件的輸入翻轉(zhuǎn)敏感功耗模型[J];計(jì)算機(jī)工程;2005年09期

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1 王志剛;可重定向的專用指令集處理器（ASIP）仿真評(píng)估方法研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

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1 仲林國(guó);基于機(jī)器視覺技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2005年

2 梁君;運(yùn)動(dòng)估計(jì)中脈動(dòng)陣列的低功耗IC設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

3 周亮;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗節(jié)點(diǎn)控制器芯片設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2007年

4 葉權(quán)來;嵌入式機(jī)器視覺系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];汕頭大學(xué);2007年

5 王學(xué)豐;車輛機(jī)油冷卻器綜合測(cè)試系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2763886