RISC-V機械語プログラムからのバイナリ合成

摘要

本稿では，RISC-V機械語プログラムからハードウェアを自動合成する手法を提案する．RISC-Vを用いたCPUにはBSDライセンスが適用されるため，内部設計の公開やライセンス料が不要であり，自由に改変や複製を行うことができる．高位合成の一種であるバイナリ合成は通常のコンパイラが存在する高級言語に加え，インラインアセンブリやアセンブリプログラムも合成対象とすることができ，アセンブリで書かれた割り込みハンドラをハードウェアに自動合成することも可能である．本稿では，RISC-VのRV32IM命令セツトによる機械語プログラムを入力として，それを実行するCPUと機能等価なハードウェアを自動合成する．本稿のバイナリ合成は，固定サイクルで実行されるカスタム命令を含む機械語も，その命令を実行するハードウェアが独立していれば通常のスケジューリングとバインディングのフローに含めることによって合成対象とすることができる．提案手法に基づいて合成系を実装し，実験を行った結果，160命令以下のプログラムでRocket Chipよりも小さな回路規模を実現しつつ実行時間を最大で14倍程度短縮できた．また飽和処理を含むSIMD加算を行うカスタム命令を使用したプログラムでの実験では使用しなかった場合に比ヒべ実行時間を3.5倍程度短縮できた．