一种面向加密算法共性子图的指令定制方法

为提高处理器对加密算法的处理效率和扩展性能,本文提出一种基于共性子图的指令定制方法.该方法通过挖掘常用加密算法中的共性计算模式,用一条模式指令替换多条被共性模式覆盖的指令,并使用查找表(LUT)对S-盒间址访问进行处理,达到减少算法指令数的目的.我们针对MD5,SHA256,RC5和AES等4种常用加密算法进行了实验,结果表明该方法可以有效的减少4种算法的核心循环体指令,使这些算法得到15.4%～60.6%的指令减少率.

基于集束式整数线性规划模型的专用指令集自动定制

提出集束式整数线性规划形式化模型,利用指令间的功能依赖性解决专用指令集处理器中指令集自动定制的指数性空间问题.在此基础上,针对其前端和后端分别提出了相应的指令定制实现策略.实验结果表明,该指令定制方法可以有效地实现专用指令集的自动设计,并使最终处理器的运算性能得到优化.

可重定向的定制指令集处理器(ASIP)仿真技术研究

可重定向的定制指令集处理器(ASIP)仿真技术能够提高软硬件开发的协同程度,缩短ASIP的上市时间,是目前ASIP设计方法领域的研究热点之一。提出了一套基于ASIP模型(xpMODEL)的可重定向仿真技术,xpMODEL是一个具有三层架构的ASIP仿真模型,该模型以指令为核心,在支持ASIP的复杂流水机制、多层次并行、专有硬件等特点的同时,能够保证体系结构层精确的仿真。根据xpMODEL的三层架构,仿真器对指令的行为和微结构的操作进行了仿真,并利用ASAP的策略控制xpMODEL中指令的调度与操作时序的仿真,从而实现了仿真器的可重定向性。基于xpMODEL的可重定向仿真技术在支持仿真的精度、仿真复杂度和可重定向性实现的复杂度方面都优于现有可重定向仿真技术,具有广阔的应用前景。

面向安全与加密应用的定制指令设计

为设计灵活高效的安全加密处理器件,提出一种多目标联合定制指令设计方法。该方法通过挖掘加密算法之间的公共频繁计算模式,提高定制指令的适应性。采用该方法对DES、AES、Blowfish、RC4和MD5等主流加密算法进行实验,结果表明其能有效完成定制指令设计,指令集扩展后,5种算法获得了41.9%~63.6%的性能提升。

一种定制指令集处理器ASIP评估指标权重抽取技术

针对现有的评估方法中,人为指定指标权重而导致的评估准确性低的问题,基于模糊数学中模糊判断矩阵的相关理论,提出一套ASIP评估指标权重的抽取方法.首先利用模糊矩阵对评估指标中任意两个指标的重要程度作出判断,并将判断的可靠程度量化,然后利用偏差函数求解最接近于ASIP设计者提供的模糊判断矩阵的一致性矩阵,从而获得ASIP评估指标权重.

自定制Nios处理器的FFT算法指令

本文深入研究了Nios自定制指令的软硬件接口,基于Altera的IP核FFTV2.2.0实现了变换长度为1024点的高速复数FFT算法,提出了一种在Nios嵌入式系统中定制用户FFT算法指令的方法。研究表明,将FFT算法加入到Nios嵌入式处理器指令集中,可以帮助系统完成复杂的数据处理任务,增强Nios系统的实时处理能力。

基于代码剖析的定制指令识别

代码剖析是分析程序行为和发现性能瓶颈的重要手段。根据可重配置处理器的定制指令设计需要,提出了一种基于虚拟机技术的代码剖析方法AID-prof。该方法的优势在于结构无关以及静态\动态分析的无缝契合。基于AID-prof,设计了一种自动化的定制指令识别过程CID。实验显示,AID-prof可有效地发掘程序热点,并且示例程序通过CID产生的定制指令获得明显加速。

H.264变换和量化的算法优化及定制指令实现

针对H.264基于二维离散余弦变换的整数变换和量化模块,提出一种高性能的定制指令实现方案.通过分析整数变换和量化算法的运算复杂度,采用了优化调度算法和减少关键路径运算级数的方法,以定制指令方式实现了变换和反变换、量化和反量化的算法.编解码算法均通过了功能级的码流测试,在UM C的0.13μm工艺下综合得到的电路面积为12021个逻辑门,经JVT参考测试码流的测试,表明了设计满足在200MH z主频、VGA图像分辨率下30fps的处理速度,该定制指令的实现方案兼顾了灵活性和实时性两方面的要求.

面向多任务的定制指令模式提取

为提高嵌入式处理器对计算密集型应用的处理能力,并增强定制指令的适应性,提出一种面向多任务的定制指令模式自动化提取方法。该方法以目标应用的热点代码数据流图集合作为分析对象,通过流图频率加权的方式实现目标任务的优先级调整,并挖掘隐藏于任务程序热点中的频繁计算模式作为定制指令模式。安全加密和媒体处理优化实例结果表明,该方法可提高定制指令的适应性和利用率,其优化效果优于传统独立设计方式。

NIOS Ⅱ处理器中定制指令的设计与实现

概要介绍NIOS Ⅱ处理器,详述NIOS Ⅱ处理器中定制指令的硬件实现和软件接口。并结合实例说明在进行SOPC设计时,可以把强实时软件算法或费时的软件计算作为定制指令,加入到NIOS Ⅱ处理器指令集中,提高系统性能。

NIOS浮点运算定制指令的实现

为提高NIOS系统的浮点计算效率,使用Verilog语言实现了单精度浮点数加减及乘法运算的功能模块,并通过波形验证其功能,依据NIOSⅡ定制指令的制定规范,将这一功能添加到SOPC Builder中,扩展出新的基于硬件电路的浮点运算指令,使之在NIOS软件环境中得到应用。通过NIOSⅡ本身软件浮点计算和新增硬件指令进行运算结果和时间上的对比,证实硬件指令计算的优越性,为NIOS下的浮点运算提供了更有效率的选择。

采用Nios定制指令的嵌入式系统优化设计

Altera公司的Nios软核处理器以其低成本,设计灵活等特点,在嵌入式应用领域得到广泛的应用。采用Nios处理器的定制指令,可以把用户自定义的功能直接添加到NiosCPU的算术逻辑单元中,加快专项任务的执行,以达到优化目的。本文在阐述Nios定制指令设计的基础上,给出相应的设计例子具体说明。

基于定制指令的椭圆曲线标量乘处理器

椭圆曲线标量乘法的计算量大，对处理器的运算能力要求高，是整个椭圆曲线密码体制实现的关键；标量乘运算依赖于下层的点运算和最底层的有限域乘法、加法、求逆的运算速度，因此设计高效的标量乘和有限域运算硬件结构是提升椭圆曲线标量乘性能的关键．采用指令方式实现Montg：omen模逆运算，相比于传统实现减少了近1／3的延迟；提出一种混合点运算的数据流水排布模式，相比于顺序执行点加、倍点运算减少了近一半的延迟，具有较高的并行度和运算部件利用率；设计并实现了一种基于定制指令的椭圆曲线标量乘处理器，它在Virtex6VSX475T FPGA上完成一次标量乘运算需要0．275ms，吞吐量为18180次／秒，相比于相关工作。可以提升约45．9％-97．6％的运算延迟．

面向粗粒度数据流网络处理器的混合定制硬件加速

本文针对控制流网络处理器固定拓扑结构的限制及指令集并行性开发的不足,将粗粒度数据流设计思想引入到网络处理器体系结构设计中,提出了一种新型粗粒度数据流网络处理器体系结构-DynaNP。DynaNP利用处理引擎(PE)内控制流执行方式获得较高的可编程性,还利用PE间数据流执行方式开发了报文处理中的任务级并行性。为了进一步提高DynaNP的系统流量,面向DynaNP的多核及数据流特性,设计了混合定制硬件加速机制,并详细介绍了实现混合定制硬件加速的关键技术,通过提供统一的混合定制硬件加速接口,可以支持定制指令和协处理器两种典型硬件加速器。

虚拟机床仿真定制和应用

介绍了虚拟仿真后处理定制、机床模型处理、机床运动模型创建、仿真驱动定制、特殊专用指令的定义、角度头仿真指令的定义、虚拟机床仿真配置、虚拟机床仿真验证和虚拟机床仿真报告创建。通过虚拟机床仿真定制,实现了NC加工程序上机床提前仿真验证的目标,防止NC程序在实际机床上试运行存在的干涉碰撞风险,提高生产效率,准确评估工时。

面向华中HNC-22T数控系统的二次开发

数控编程作为数控加工的关键技术之一,其程序编制的效率和质量在很大程度上决定了产品的加工精度和生产率。数控系统的二次开发可扩展编程指令,使用户简单实现非圆曲线的加工功能。以定制椭圆插补指令为例,阐述了华中HNC-22T数控系统的二次开发过程,提出了一种定制编程指令的方法。

一种高效的凸连通子图枚举算法

在可配置处理器的定制指令设计过程中，需要提取热点代码数据流图的凸连通子图．为实现子图的快速枚举，对有向无环图内的凸子图特性进行了研究．根据凸子图特性和节点邻接关系，提出了一种AS（adjacent search）算法用于枚举有向无环图内满足I／O端口约束的凸连通子图．实验数据显示，AS算法比现有算法具有更高的效率，加速比可达10～1000X．当现有算法因数据流图规模较大而失效时，应用AS算法仍能成功完成子图枚举．

基于NiosⅡ的SOPC嵌入式系统设计

介绍了基于NiosⅡ的SOPC嵌入式系统设计技术,分析了NiosⅡ处理器的关键技术和设计流程,重点给出了提高NiosⅡ处理器性能的几种方法,这些方法对基于NiosⅡ进行系统设计具有实际参考价值。

基于SoPC的嵌入式二维条码识读系统

提出了一种基于NiosII嵌入式软核处理器的便携式二维条码识别系统的实现方法。该系统在Altera的CycloneFPGA上实现,使用集成在QuartusII中的SoPCBuilder开发组件配置生成片上系统;同时采用NiosII的定制指令提高系统性能,使得硬件执行运算速度快的优点和NiosIICPU的特点相得益彰。系统以数字水印的方式实现了基于二维条码的信息隐藏,以进行防伪和知识产权保护。

基于Nios的FFT算法软硬件协同设计

在深入研究Nios自定制指令的软硬件接口的基础上,利用Matlab/DSP Builder建立快速傅里叶变换FFT核心运算指令基本模型,然后用Altera公司提供的Singacompiler工具对其进行编译,产生QuartusⅡ能够识别的VHDL源程序,并将此程序在Nios中自定制成相关的FFT运算指令。利用自定制的FFT运算指令,在Nios中利用C语言编写基于Nios的FFT算法程序,实现了FFT运算的软硬件协同设计。经测试表明,将FFT算法加入到Nios嵌入式处理器指令集中,可以帮助系统完成复杂的数据处理任务,增强Nios系统的实时处理能力。该设计方法打破了软硬件间的屏障,大大加快了系统的功能验证。