高性能嵌入式RISC微處理器核設計研究.pdf

1、芯片設計技術和深亞微米工藝的進步使得系統(tǒng)集成在一塊芯片中實現(xiàn)成為可能，嵌入式系統(tǒng)設計進入片上系統(tǒng)芯片時代。本文作者參與了浙江大學信息與電子工程學系SoCR&D小組承擔的國家863超大規(guī)模集成電路設計重大項目和具有自主知識產(chǎn)權的媒體系統(tǒng)芯片MediaSoC3221A設計和研發(fā)工作。本文主要探討MediaSoC3221A雙核之一的嵌入式RISC處理器的設計研究，本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新如下： RISC處理器面向的應用范圍廣泛，不同的應用

2、的特點不一樣，對處理器的構(gòu)造要求也不一樣。比如有些應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；有些應用本身就是一個不可拆分的單線程應用，采用高性能的多發(fā)射處理器更為適合。基于此本文提出通過兩個簡單RISC3200處理器設計在微結(jié)構(gòu)上雙發(fā)射與雙核融合的RISC3202處理器。這也就是說，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)應用的特點配置成雙發(fā)射超標量處理器，或者兩個獨立的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。 媒體應用是當今處理器設計的驅(qū)動源之一，它已經(jīng)成為RISC處理器必須考慮的工作負載。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這類應用設計和優(yōu)化的，因而它在處理這類應用時效率不高，必須對其指令集進行面向媒體處理的擴展，以提升其媒體處理的性能。本文針對RISC3200處理器第一代媒體擴展指令集MDS-Ⅰ存在數(shù)據(jù)處理效率高、數(shù)據(jù)供應效率低的缺點，新提出用于數(shù)據(jù)供應的媒體

4、擴展指令集MDS-Ⅱ，有效提升了RISC3200的媒體處理效率。 在進行微處理器的功能仿真驗證時，一個關鍵問題就是如何高效高質(zhì)量的開發(fā)各種各樣的驗證程序。高效是指能快速開發(fā)出各種不同驗證目的的驗證程序，高質(zhì)量是指開發(fā)出的驗證程序的針對性好，能快速覆蓋處理器需要驗證的功能。針對這個問題，本文提出基于RISC3200指令構(gòu)造的偽隨機自動程序生成方法。它的核心包括兩個部分：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性好。采用該方法后將驗證程序的開發(fā)轉(zhuǎn)換為C下的模板程序的開發(fā)，極大的方便了RISC3200仿真驗證過程中的驗證程序生成。 在系統(tǒng)芯片設計中，如何快速優(yōu)化嵌入式軟件也是一個非常關鍵的問題。本文以實現(xiàn)基于RISC3200的MP3軟件解碼器為例，對這個問題展開研究。在此基礎上，總結(jié)出嵌入式軟件優(yōu)化的普遍原則和方法，并實際應用到MP3的解碼軟件優(yōu)化中，取得不錯的優(yōu)化效果。然后根據(jù)新設計的RISC3202處理器