设计一个自己专用处理器该怎么完成？

做芯片设计的各位，在某个时刻，你也许会产生一个想法，“为什么不自己设计一个处理器呢？”或许是手头的处理器并不好用;或许是想用的处理器贵的离谱;或许是你希望做出差异化的产品;又或者仅仅因为它是个诱人的挑战，你想尝试一下。。.既然如此，我很高兴能和你讨论一下怎么完成这个任务。

交付物

我们先从结果说起，也就是这项任务的最终交付物。这里不妨参考ARM处理器核的deliverables。当然，如果只是一个自己用的专用处理器，不一定要有这么完整的交付物。

硬件：主要是处理器相关的RTL代码，验证环境，EDA工具的脚本，文档等等。

工具：主要包括编译工具（compiler），调试工具（debugger），仿真工具（simulator）和性能分析工具（profiler）。下图是ARM的编译工具的例子，主要包括armclang（C编译器），armasm（汇编器），armlink（链接器）和fromelf（image工具）。

转自arm.com

仿真工具一般至少包括一个指令仿真器 instruction set simulator （ISS），做的好的有cycle-accurate ISS。

模型：此外，现在一般的处理器IP还会提供一些处理器的模型来支持系统级设计，比如用于虚拟平台（virtual platform的处理器model。虚拟平台可以在没有硬件的情况下支持软件开发，它可以模拟一个完整的芯片或者一个硬件板卡，比如ARM的Fixed Virtual Platform （FVP）。而专用的处理器模型（比如ARM的Fast Model）是虚拟平台的重要组成部分，和总线模型以及其它IP模型一起模拟系统的功能。

在上述交付物中，红色为必不可少的内容。即使你做的专用处理器功能简单，没有这几部分它也几乎是无法正常使用的。当然，你可以说，我不需要ISS做指令验证，不需要debugger做调试，不需要C编译器而只用汇编，我也只能“呵呵”了。

看到这一大堆工作，如果你没有胆怯，而是觉得很有意思。那么我也很愿意给你点帮助，看看是不是可以把你的想法变成现实。其实方法也很简单 — 自己做不了就找“别人”帮忙呗。

具体来说，根据你的预算情况，可以分为“穷”和“富”两种玩法。我先说说有钱的玩法吧。

富玩法

其实，不止你一个人想做专用处理器，很多大公司也有这样的需求。所以，就有人为这种需求专门提供了解决方案，比如Synopsys的ASIP-designer工具和Cadence的Xtensa可扩展处理器（参见Cadence（Tensilica）的可定制处理器），都是为了满足定制处理器的需求而设计的。

其中Cadence的可扩展处理器是在一个基础处理器上给你提供了配置（configure）和扩展（extension）的方法和工具。它提供的功能可以通过下图感受一下。

转自cadence.com

这套工具的输入包括三个部分：1）一个处理器模板（Processor Template）;2）用户配置（Configuratoin Options）;3）定制的指令（Custom Instructions）。最简单的情况，你只要选一个处理器模板扔给工具就可以了。如果这个不能满足要求，那么你可能要做一些配置。这个也很简单，基本是菜单选择。最有技术含量的是第三种情况，你要设计一些定制的指令。有了这些输入，剩下的事情就都交给工具了。我们在第一节说的那些交付物，都可以自动生成。

那么我们怎么知道要不要自己定制指令呢？工具也提供了方法。首先，输入你的算法程序输入，经过编译，进行仿真和profiling，得到性能评估的结果。然后判断是否满足需求。答案是NO的话，就尝试更新Configuration;如果还是不行，再尝试定制指令的方法，直到满意为止。由于工具帮助你做了大部分工作，这个迭代的过程（也可以看作是Design Space Exploration）会非常快。

转自cadence.com