论文部分内容阅读
专用指令集处理器(ASIP)是以应用为中心、以传统的指令集体系结构(ISA)为设计基础，通过并行处理、添加专用硬件和定制存储结构等手段，适应具体应用对功能、成本、功耗、可靠性等多方面严格要求的定制处理器。ASIP在灵活性和性能方面都有相当的优势，但还无法得到广泛的应用，主要因为目前还没有一套完整的适应于ASIP的设计方法和工具集。本文对ASIP设计方法学中亟待解决的关键问题——系统级仿真与评估理论和技术——进行了系统深入的研究，主要的工作与贡献如下： (1)可重定向仿真方法研究。针对可重定向ASIP仿真的需求，以及ASIP的体系结构特征，本文提出了一种ASIP的描述模型xpMODEL及双引擎仿真方法。xpMODEL是一个具有三层架构的ASIP仿真模型，该模型以指令为核心，在支持ASIP的复杂流水机制、多层次并行、专有硬件等特点的同时，能够保证体系结构层精确的仿真。根据xpMODEL的三层架构，双引擎仿真器对指令的行为和微结构的操作进行仿真，并利用ASAP的策略控制xpMODEL中指令的调度与操作时序的仿真，从而实现了仿真器的可重定向性。基于xpMODEL的可重定向仿真技术在支持仿真的精度、支持体系结构的复杂度和可重定向实现的复杂度方面都优于现有可重定向仿真技术，具有广阔的应用前景。 (2)系统级功耗评估模型的研究。基于可重定向ASIP仿真的三个主要层次，提出并实现了以指令级功耗模型、平均部件功耗模型和输入敏感部件功耗模型综合构成的ASIP系统级功耗模型，同时给出了基于此模型的功耗评估的方法。该评估模型评估速度快、精度高，是“自顶向下”的ASIP设计流程中低功耗设计和应用优化的必不可少的手段。在系统级功耗模型的建模过程中，我们还提出了一系列建模方法：通过修正部件结构信息模型对运算部件进行建模；提出了基于熵平均部件功耗模型分析方法；提出了基于流水线状态的指令级功耗建模方法。这些方法不仅适用于功耗模型的建立，对于系统级评估模型的建立，也有重要的参考价值。 (3)ASIP多指标评估模型研究。设计空间搜索过程中ASIP的设计者需要综合考虑备选设计方案的各项评估指标，随着ASIP的复杂度的不断提高以及设计需求的不断增多，多指标评估中的不确定因素逐步增多，传统的多指标评估