ASIP指令集自动扩展系统的研究与实现

【摘要】： 近年来,PDA、手机、数码相机以及其它数字产品得到了广泛应用。在这些产品中,往往采用具有特定功能的硬件来满足性能、面积与功耗等多方面的要求。最常用的策略是设计专用集成电路来解决这些问题。但是随着工艺发展,设计专用集成电路的成本越来越高,而且这些专用集成电路的可编程性也不好。 因而人们提出ASIP来解决上述问题。ASIP以一个通用的处理器核为基础,设计者在这个核的基础上根据应用的具体特征进行指令集扩展以提高应用中频繁执行代码段的性能。 由于同一应用领域中不同应用程序之间的计算方式往往存在很大的相似性,通过这种修改便可以使其在面向某一应用领域时的性能大大提高,而且这种设计方式只需在原有芯片的基础上进行少量修改就可以快速设计出适应特定应用的新芯片,大大缩短了芯片开发周期和上市时间。ASIP结合了通用处理器和ASIC的优点,受到了越来越多的研究设计人员及芯片厂商的关注。 面向应用扩展指令集是ASIP设计过程的一个重要环节,这一工作的自动实现对于缩短产品开发周期具有非常重要的意义。 现有的技术未能实现该过程的完全自动化,而且在选择指令时并没有全面考虑指令对处理器面积和功耗的影响。本文设计并实现了一个面向特定应用的指令集自动扩展系统,该系统不仅可以根据应用特征自动扩展新指令,而且可以自动完成编译器的修改。 模拟结果显示,扩展的新指令能够在保持功耗、面积基本不变的前提下,带来4.7%～16.4%的性能提升。