[发明专利]采用ADL可执行规约的ASIP设计方法

说明书

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：