高性能嵌入式RISC微處理器核設(shè)計(jì)研究.pdf

1、芯片設(shè)計(jì)技術(shù)和深亞微米工藝的進(jìn)步使得系統(tǒng)集成在一塊芯片中實(shí)現(xiàn)成為可能，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)入片上系統(tǒng)芯片時(shí)代。本文作者參與了浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)系SoCR&D小組承擔(dān)的國(guó)家863超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)重大項(xiàng)目和具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的媒體系統(tǒng)芯片MediaSoC3221A設(shè)計(jì)和研發(fā)工作。本文主要探討MediaSoC3221A雙核之一的嵌入式RISC處理器的設(shè)計(jì)研究，本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新如下： RISC處理器面向的應(yīng)用范圍廣泛，不同的應(yīng)用

2、的特點(diǎn)不一樣，對(duì)處理器的構(gòu)造要求也不一樣。比如有些應(yīng)用存在豐富的線程并行性，采用多線程或者多核構(gòu)造的處理器比較合適；有些應(yīng)用本身就是一個(gè)不可拆分的單線程應(yīng)用，采用高性能的多發(fā)射處理器更為適合?；诖吮疚奶岢鐾ㄟ^(guò)兩個(gè)簡(jiǎn)單RISC3200處理器設(shè)計(jì)在微結(jié)構(gòu)上雙發(fā)射與雙核融合的RISC3202處理器。這也就是說(shuō)，RISC3202在指令構(gòu)造上與RISC3200一致，但在微結(jié)構(gòu)上可以根據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)配置成雙發(fā)射超標(biāo)量處理器，或者兩個(gè)獨(dú)立的RISC3

3、200處理器，這是一種RISC處理器微結(jié)構(gòu)構(gòu)造創(chuàng)新。 媒體應(yīng)用是當(dāng)今處理器設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)源之一，它已經(jīng)成為RISC處理器必須考慮的工作負(fù)載。但是傳統(tǒng)的基于RISC構(gòu)造的處理器在提出之初并不是針對(duì)這類應(yīng)用設(shè)計(jì)和優(yōu)化的，因而它在處理這類應(yīng)用時(shí)效率不高，必須對(duì)其指令集進(jìn)行面向媒體處理的擴(kuò)展，以提升其媒體處理的性能。本文針對(duì)RISC3200處理器第一代媒體擴(kuò)展指令集MDS-Ⅰ存在數(shù)據(jù)處理效率高、數(shù)據(jù)供應(yīng)效率低的缺點(diǎn)，新提出用于數(shù)據(jù)供應(yīng)的媒體

4、擴(kuò)展指令集MDS-Ⅱ，有效提升了RISC3200的媒體處理效率。 在進(jìn)行微處理器的功能仿真驗(yàn)證時(shí)，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是如何高效高質(zhì)量的開(kāi)發(fā)各種各樣的驗(yàn)證程序。高效是指能快速開(kāi)發(fā)出各種不同驗(yàn)證目的的驗(yàn)證程序，高質(zhì)量是指開(kāi)發(fā)出的驗(yàn)證程序的針對(duì)性好，能快速覆蓋處理器需要驗(yàn)證的功能。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文提出基于RISC3200指令構(gòu)造的偽隨機(jī)自動(dòng)程序生成方法。它的核心包括兩個(gè)部分：指令生成模型和程序模板。指令生成模型保證生成的指令合法有效，程

5、序模板保證生成的指令序列針對(duì)性好。采用該方法后將驗(yàn)證程序的開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)換為C下的模板程序的開(kāi)發(fā)，極大的方便了RISC3200仿真驗(yàn)證過(guò)程中的驗(yàn)證程序生成。 在系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)中，如何快速優(yōu)化嵌入式軟件也是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。本文以實(shí)現(xiàn)基于RISC3200的MP3軟件解碼器為例，對(duì)這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)研究。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)出嵌入式軟件優(yōu)化的普遍原則和方法，并實(shí)際應(yīng)用到MP3的解碼軟件優(yōu)化中，取得不錯(cuò)的優(yōu)化效果。然后根據(jù)新設(shè)計(jì)的RISC3202處理器