CN107704650A - 采用adl可执行规约的asip设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计算机体系结构的设计方法，特别是针对ASIP体系结构的设计方法。主要步骤：首先，选择典型的开源处理器核心，以及对具体应用进行剖析后，提取其中系统级特征参数；再确定这些系统级特征参考的具体值或形式，并存入特征参数数据库中；然后根据特征参数数据库中的特征参数，分别建立ADL结构模型和ADL行为模型；最后将建立的ADL模型,经转换后在第三方EDA环境中验证和优化，并进行逻辑综合下载到SoC中运行。本方法遵循“描述–综合”设计方法学，通过“应用分析–建模描述–设计空间探索–综合–评估–反馈”的链式流程，获得综合性能指标最佳的ASIP系统。

Description

采用ADL可执行规约的ASIP设计方法

技术领域

本发明涉及一种计算机体系结构的设计方法，特别是涉及一种针对ASIP(Application Specific Instruction Set Processor，专用指令集处理器)体系结构的设计方法。

背景技术

与ASIC(Application Specific Integrated Circuits,专用集成电路)和GPP(General Purpose Processor,通用可编程处理器)相比，ASIP应用实现了二者间满意的性价比平衡。其特色是具有用户定义的指令、数据路径和加速器，因而能最大限度地利用有限的硬件资源。这一特点越来越受到嵌入式系统技术人员的青睐，具有良好的应用前景。ASIP在计算性能和能耗方面可获得很好权衡，使其成为嵌入式处理器的主要选择，其设计方法学已从发展期迈向成熟期，将成为下一代信息处理的重要手段。

处理器是软硬件结合的智能系统，主要包括ISA(指令集体系结构)和微体系结构两大部分。现有技术是以上两部分分别设计，而且设计方法基本沿用GPP手段，不能充分发挥面向应用的ASIP特点。

在系统级层面上，现有设计并不注重顶层系统的抽象建模，主要是对GPP ISA及其逻辑模块进行裁剪；在设计方法学方面仍然采用数字逻辑传统设计方式，而不是“顶层系统模型行为描述→功能验证仿真→逻辑综合实现”一以贯之的优化迭代过程，也没有充分利用EDA工具链和SoC现代技术。当今主流处理器复杂度已达十亿晶体管级(BTA)，关键设计环节应为抽象行为建模，并针对应用优化关键路径。

发明内容

本方法遵循“描述–综合”设计方法学，采用基于ADL的ASIP模型描述，通过“应用分析–建模描述–设计空间探索–综合–评估–反馈”的链式流程，获得综合性能指标最佳的ASIP系统。

本方法所涉及的关键技术及要点包括：

ASIP系统级建模：采用ADL描述ISA行为模型及其微体系结构等各层次目标模型；

ASIP可执行规约经机器读入后捕捉其体系结构并生成/输出给工具链，从而使模型到实现整个流程一以贯之；

使得设计流程工具链，如输入编辑器、HDL综合/适配器、仿真器、下载/调试器等接口保持一致性，提高设计效率。

有益效果

“描述–综合”设计方法学允许用纯行为的形式描述一个设计，而不必包含细节，从而可以充分进行DSE(Design Space Exploration，设计空间探索)。ADL描述作为实施“描述–综合”方法学的有效手段，能够贯穿完整的ASIP设计的各个阶段：如应用分析、设计结构空间探索、指令集产生、代码生成和硬件实现等。

ADL借鉴UML(统一建模语言)可执行属性描述ASIP设计规约，将设计需求和模型描述读入机器后，通过自动化工具链转换处理，能够被设计环境中的模块理解，生成满足约束的目标体系结构集，再通过DSE获得最优ASIP体系结构。“可执行”的智能特性为日益复杂的嵌入式应用领域提供了更短的面向市场时间，提高了产品的竞争力；同时，其规范化特性也为设计角色间互相交流消除了二义性，提高设计效率。

附图说明

下面结合附图对本发明的作进一步说明。

图1是基于ADL可执行规约的ASIP设计方法路线图；

图2典型指令ADD仿真图；

图3典型指令J仿真图；

具体实施方式

本方法遵循“描述–综合”设计方法学，采用基于ADL的ASIP模型描述，注重系统级设计与优化，进行逻辑综合后下载到SoC平台上运行验证。充分利用集成环境/工具链手段，通过“应用分析–建模描述–设计空间探索–综合–评估–反馈”的链式流程，获得综合性能指标最佳的ASIP系统。

ADL具有抽象与无歧义的描述能力，特别适合复杂系统建模；层次化、多视角、可综合的体系结构便于模块的组织、封装和实现。将ADL可执行规约运用于ASIP设计，其最显著的特征是捕捉处理器体系结构并生成工具链，衍生出可综合的RTL(寄存器传输级)逻辑及其体系结构原型实现。最终产生经过验证的硬件模块，并对其面积、时钟和功耗进行性能评估。

总体来说，本方法是将ASIP系统设计划分为行为层、结构层、物理层三个层次；在行为层、结构层均用ADL方式描述应用需求；再经过DSE进行优化，最终由逻辑综合得到实际的物理系统。

具体来说，本专利采用如图1所示的基于ADL可执行规约的ASIP设计方法：

首先选择几种典型的开源处理器核心(MIPS、OpenRISC等)，提取其系统级特征参数，如指令集位数及其域、流水线段数、寄存器数量、存储器访问形式等，存入数据库进行管理。然后分别建立指令集行为、微体系结构和流水线ADL描述模型，经第三方工具验证后综合为HDL，并在EDA和SoC环境中进行体系结构探索及优化。

步骤1.选择典型的开源处理器核心，以及对具体应用进行剖析后，提取其中系统级特征参数。

步骤2.确定步骤1中这些系统级特征参考的具体值或形式，如：指令集位数及其域、流水线段数、寄存器数量、寄存器访问形式等，然后存入特征参数数据库中。

步骤3.根据特征参数数据库，分别建立ADL结构模型和ADL行为模型；

在ADL结构模型中包括：指令集域结构，流水线数据通道，微结构网络连接和寄存器传输级结构；

在ADL行为模型中包括：指令集功能，存储器，微体系结构控制和时序协议资源调度。

本方法的核心技术是多层次目标体系结构模型ADL描述，包括指令集功能行为、存储器访问行为、微体系结构控制行为、时序协议行为、资源调度行为；指令集域结构、流水线数据通道、微结构网络连接、寄存器传输级结构。它们所表征的体系结构特征和粒度随抽象级别的不同而有所不同，应准确、完备地描述设计需要的所有信息。

其中ISA行为与域结构ADL描述、微体系结构ADL描述如下：

①ISA行为ADL：ASIP行为级ADL描述候选处理器指令集的行为功能，其基本形式如下：

②ISA域结构ADL：根据ISA行为描述，进而设计执行ISA的功能单元结构。其基本域格式为：

③微体系结构ADL：微体系结构顶层视图框架如下：

步骤4.建立上述ADL模型后，经过一定的形式转换，在第三方EDA环境中验证和优化，并进行逻辑综合下载到SoC中运行，确保设计的可行性。

其中典型指令仿真结果如图2和图3所示。将复杂的ASIP系统划分为不同的模型视图使得设计具有可操作性，采用各自合适的技术来实现相应的模型，再通过接口将它们关联起来。

本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种采用ADL可执行规约的ASIP设计方法，其特征在于:包括如下步骤：

步骤1.选择典型的开源处理器核心，以及对具体应用进行剖析后，提取其中系统级特征参数；

步骤2.确定步骤1中这些系统级特征参考的具体值或形式，然后存入特征参数数据库中。

步骤3根据特征参数数据库中的特征参数，分别建立ADL结构模型和ADL行为模型；

步骤4.建立上述ADL模型后，经过一定的形式转换，在第三方EDA环境中验证和优化，并进行逻辑综合下载到SoC中运行，确保设计的可行性。

2.根据权利要求1所述的一种采用ADL可执行规约的ASIP设计方法，其特征在于：所述步骤3中ADL结构模型和ADL行为模型具体包括如下：

在ADL结构模型中包括：指令集域结构，流水线数据通道，微结构网络连接和寄存器传输级结构；

在ADL行为模型中包括：指令集功能，存储器，微体系结构控制和时序协议资源调度。