基于Xtensa开发工具的ASIP设计流程 - 基于Xtensa的ASIP开发流程研究

基于Xtensa开发工具的ASIP设计流程

　　本项目目标是设计一款实现低功耗无损压缩的嵌入式ASIP。首先，经过比较从众多压缩算法中选择了简单高效的FELICS算法[11];然后开发算法的C++代码进行实际图像压缩实验。试验结果：FELICS对12幅目标图像的平均无损压缩比为2.7:1，满足本项目要求。之后的工作就是根据图2流程实现针对FELICS算法的ASIP设计。

　　

 

　　(1)将C++代码输入Tensilica Xplorer开发环境，选择系统自带的sample_config-params (RB-2006.0)配置信息作为ASIP开发的起点，即在此基础上进行体系结构的调整和指令的自定义开发。

　　(2) 运行代码并进行特性分析(Profile)，表1和表2是最基本的指令和时钟周期信息，此外还可以得到pipeline甘特图、Branch cycle和Interlock cycle对比图等信息。这些信息为后续的体系结构调整和指令优化提供了必要的数据依据。

　　

 

　　

 

　　(3) 调整处理器配置信息中的众多项目，如MUL16 / MUL32 / MAC、Zero-overhead loop instructions、Pipeline length、Number of coProcessors、Floating point coprocessor、Special register、Cache size等，设计者可以得到图3所示的速度、面积、功耗信息。然后回到(2)再次运行代码及特性分析，考察体系结构改动带来的影响。

　　(4)利用XPRES工具，设置FLIX的Issue Width、SIMD的Vector Length、Register的Depth / Width / Ports、Fusion的Area / Latency / Operands等，XPRES会自动生成若干种不同的自定义指令TIE供设计者选择使用。设计者参考每一个TIE的Cycles和Gates数折衷考虑，当然设计者还可以手动增加TIE指令。然后将TIE绑定到调整后的体系结构(配置信息)上，回到(2)运行代码及特性分析，考察TIE带来的性能提高效果。

　　(5) 运行XEnergy命令工具，对以上步骤生成的ASIP进行全面功耗评估，如表3所示。

　　

 

　　(6)经过(2)到(5)多次反复调试，在Xtensa高效的开发工具下，用户很快会得到满意的ASIP体系结构及指令系统。然后，将配置信息和TIE指令信息提交给Tensilica的服务器，Xtensa Porcessor Generator(XPG)会生成相应的RTL或Netlist，供用户进行后端实现，同时XPG还会生成ASIP所需的软件开发工具，如编译器、汇编器，使设计人员省去了针对ASIP开发编译器(或编译器重定向)的繁重工作。

　　结语

　　Tensilica Xtensa体系结构可配置、指令集可自定义处理器和Xplorer、XPRES、XEnergy等工具集大大提高了ASIP处理器开发速度，加快了针对不同应用领域探索专用处理器设计空间的效率。本文重点叙述了借助Xtensa平台开发ASIP时前端设计的各个步骤，此设计流程具有较强的借鉴价值。