基于新一代SOC设计方法学的可配置处理器

摘要

为了迎接集成电路设计业所面临的各种挑战，新一代SoC 设计方法学应运而生。它的中心思想是，将集成电路设计从以硬连线逻辑为中心的模式转移到以处理器为中心的模式上来：通过广泛地使用可配置处理器，赋予SoC 高度的灵活性，使之贯穿整个设计验证流程甚至上市后的维护阶段，从而极大地提高集成电路的开发效率。在该设计方法学的框架中，用作SoC 基本组成单位的可配置处理器无疑是最为关键的技术。本文在这一点上进行了探索性的研究：提出并实现了满足可配置、可扩展和接口灵活性要求的处理器架构，包括便于扩展、高度集成的基准架构和以音频专用处理为应用目标的扩展架构。实验结果表明，本文所提出的架构在性能、成本上与目前主流的解决方案相比具有比较明显的优势：所提出的基准架构运用了改进的指令字段分配策略，从而达到性能、复杂度与灵活性的平衡。其可综合软核与同类IP 相比，具有良好的时序特性和可观的面积优势（在Virtex IV FPGA 上最高频率超过120MHz，最小面积866 个LUT）。所提出的音频扩展架构基于一种高效的数据流模型，在保留了RISC 流水线优点的前提下，综合了指令并发执行、存储器并行访问、灵活寻址模式、后处理以及零开销循环等技术，最终有效提高了处理效率。性能分析表明：在该架构上实现的FFT 等音频处理算法，速度是同等条件下ARM9E的6 倍和ARC600（带DSP 增强功能）的5倍。