基于无线节点的心电信号检测正在得到越来越广泛的应用,为了保证检测设备的便携性和易用性,需要设计一款低功耗运行的心电信号处理器,以延长设备的续航时间,提升设备的使用舒适性。本文基于现有商用处理器体系结构,面向心电信号检测的便携应用需求,针对处理器的低功耗设计方法开展深入研究。通过引入块指令方法,改变处理器的指令运行方式,在不损失处理器灵活性的前提下,在体系结构层面降低处理器功耗,提升心电信号检测设备的续航。主要内容如下：分析典型心电应用程序,针对测试数据标签不平衡的现象,引入迁移算法改进现有学习算法,提升信号判断的准确率。引入块指令方法优化功耗。通过分析心电应用汇编指令级特征：指令聚类多、内存访问集中、核心算法固定、程序流分支少,通过聚合原子操作形成块指令,改变处理器基于原子指令运行的方式,减少处理器取指、译码和运行时的功耗。提出基于块指令的编译运行框架。使用块指令调度模块聚合原子指令优化形成块指令；引入字典压缩、寄存器重分配、预先译码、同类操作合并等利于硬件低功耗执行的技术,在压缩指令空间的同时,降低处理器运行功耗。提出基于块指令执行的处理器架构。改进现有商业处理器架构,以块为最基本的操作单元完成指令的执行,化零为整,优化指令操作。引入主动内存,内存主动提供待执行的指令,驱动处理器完成指令执行。主动内存的引入增强了内存的灵活性,减少了总线的传输,降低了处理器的设计难度,去除了处理器的取指、译码逻辑。引入自驱动低功耗运算单元。运算单元自我驱动,主动搜索能够执行的指令,简化处理器发射逻辑,提升处理器运行效率。算术运算单元操作数长度自适应,多路数据并行运算,减少处理器运行时间。引入低功耗内存访问单元。使用存储载入操作的历史轨迹预判即将访问的内存地址,基于热点行自搜索,追踪热点程序,预先载入高速缓存状态,去除冗余的内存访问和比较操作。该单元还能根据历史信息,判定载入的数据是否为常数,缓存常数,减少内存访问。本文提出的块指令方法,对于降低处理器功耗具有积极的作用。实验表明,针对心电应用,基于块指令的低功耗处理器相对于传统处理器可以降低35%-40%左右的功耗。