[發明專利]專用指令集處理器的設計方法

有效

• 申請號: 200910031327.4
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101561833A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 戴麟;時龍興;楊軍;劉新寧;談力立;羅鋒
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 奚幼堅

技術領域

本發明涉及處理器的設計方法，尤其是一種專用指令集處理器的設計方法，屬于嵌入 式微處理器設計領域。

背景技術

目前傳統的處理器設計是一種串行設計方法，首先是處理器結構的定義，進行軟硬件 劃分，決定哪些功能由硬件實現；其次是根據軟硬件劃分的結果，定義處理器的指令集； 同時，軟件工程師也開始設計配套的工具鏈。硬件設計和軟件工具鏈設計是基本獨立的， 設計方法完全不同，因此很容易產生硬件的性能和軟件的性能不一致的現象。最后系統工 程師搭建系統進行性能測試。由于傳統的處理器設計軟硬件之間沒有達到很好的協同設 計，并且軟硬件的劃分也是設計人員根據經驗完成，如果最終性能未能達到要求，整個設 計工作需要重新進行，嚴重影響產品的上市時間。此外，市場上出現的可配置處理器，只 是單一的擴展其指令集來實現不同的配置，屬于半定制處理器，這樣的處理器靈活性比較 低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種專用指令集處理器周期級精確模型的設計方法，它是一種 快速軟硬件劃分的搜索方法，能夠在處理器設計之初就進行最優軟硬件的劃分，建立處理 器的LISA周期精確模型，使軟件工具鏈自動生成，并且具體應用的程序設計也不需要等 到硬件設計完成后才能調試，因此可以加快設計流程，并且能夠精確的評估將要設計出來 的處理器的性能。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案是：一種專用指令集處理器的設計方法，其 特征在于：在設計前期建立LISA處理器模型，通過LISA處理器模型生成相應的軟件工具， 并在ARM?ESL上搭建與真實硬件性能相仿的虛擬原型平臺，包括設計平臺需要的周期精確 的AHB總線模型、EMI模型、SDRAM模型；其中，LISA處理器模型、EMI模型連接在AHB 總線模型上，LISA處理器模型是AHB總線模型上的主設備(master)、EMI模型是AHB總 線模型上的從設備(slave)；SDRAM模型接到EMI模型上；通過修改LISA處理器模型， 搜索出各種不同情況下的性能，獲得最優的軟硬件劃分方法；通過擴展平臺上已經建立的 LISA處理器模型、AHB總線模型、EMI模型、SDRAM模型，直接在模型上進行驗證，加快 處理器的設計周期。。

包括以下步驟：

1)建立LISA處理器模型首先需要設計基本指令集的LISA處理器模型，包括資源模 型、結構模型、指令集模型；其中基本指令集采用樹形結構，包括：加法減法指令、乘法 乘加指令、移位指令、數據MOVE指令以及程序控制指令；

2)設計AHB總線、EMI和SDRAM周期精確模型：AHB總線模型中的仲裁器使用的算法 是時間片輪轉算法；EMI模型內部包含一個8級深度的寫緩存，為了保證數據的一致性， 只有當寫緩存為空時，EMI才會從SDRAM讀取數據；SDRAM模型使用兩個三維數組存 儲數據，其中第一維代表塊(bank)，第二維代表行，第三維代表列，它們是進行LISA 處理器模型性能評估必要組成部分；

3)把所有的模型在ARM?ESL上搭建虛擬硬件原型平臺，并在上面運行需要處理的目 標應用，并統計目標應用中各個模塊的消耗CPU的資源及評估處理器性能，通過評測處理 器的性能，來決定是否可以進行硬件設計；

4)修改LISA處理器模型：在指令集的樹形結構中加入新的擴展指令的節點，使用改 進后處理器模型在虛擬原型平臺上進行性能的評估。

LISA處理器模型需要設計一個主操作，包含結構段、資源段和主操作行為段，它是 LISA處理器模型的入口，與指令相獨立，用字符串“main”標示，其中：

主操作結構段采用字符串“structure”進行聲明，用來描述周期精確模型的結構， 定義鎖存器的類型以及描述處理器的流水線結構；

主操作資源段使用字符串“resources”進行聲明，模型中有兩類資源：采用C/C++ 語言定義的資源，預定義模塊中需要使用的數據結構；采用LISA語言定義的資源，定義 模型使用的寄存器、存儲器模型；

主操作行為段定義包括LISA處理器模型的初始化(init)行為、重啟(reset)行為、 指令預取(dispatch)行為，反匯編(disassemble)行為以及終止(terminate)行為， 它是為了生成描述LISA處理器模型運行時的變化，以及生成配套工具鏈；