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Optimizing pipeline for a RISC processor with multimedia extension ISA 被引量:1
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作者 肖志斌 刘鹏 +1 位作者 姚英彪 姚庆栋 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2006年第2期269-274,共6页
The 32-bit extensible embedded processor RISC3200 originating from an RTL prototype core is intended for low-cost consumer multimedia products. In order to incorporate the reduced instruction set and the multimedia ex... The 32-bit extensible embedded processor RISC3200 originating from an RTL prototype core is intended for low-cost consumer multimedia products. In order to incorporate the reduced instruction set and the multimedia extension instruction set in a unifying pipeline, a scalable super-pipeline technique is adopted. Several other optimization techniques are proposed to boost the frequency and reduce the average CPI of the unifying pipeline. Based on a data flow graph (DFG) with delay information, the critical path of the pipeline stage can be located and shortened. This paper presents a distributed data bypass unit and a centralized pipeline control scheme for achieving lower CPI. Synthesis and simulation showed that the optimization techniques enable RISC3200 to operate at 200 MHz with an average CPI of 1.16. The core was integrated into a media SOC chip taped out in SMIC 0.18-micron technology. Preliminary testing result showed that the processor works well as we expected. 展开更多
关键词 pipeline risc Single-instruction-multiple-data (SIMD) Instruction set architecture (ISA) Multimedia extension
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RISC-V特权架构配置的硬件实现影响研究
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作者 闫润 黄立波 +3 位作者 成元虎 杨凌 兰孟桥 张京 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2024年第4期1018-1024,共7页
RISC-V指令集的模块化设计,能够适用于从低功耗设备到高性能处理器等多个领域.RISC-V特权架构涵盖了系统中除非特权指令集以外的所有内容,包括特权指令以及运行操作系统和连接外部设备所需的附加功能.基于特权架构,分为32位和64位两类,... RISC-V指令集的模块化设计,能够适用于从低功耗设备到高性能处理器等多个领域.RISC-V特权架构涵盖了系统中除非特权指令集以外的所有内容,包括特权指令以及运行操作系统和连接外部设备所需的附加功能.基于特权架构,分为32位和64位两类,涵盖特权等级、异常处理、物理内存保护、基于页面的虚拟内存和性能计数器等模块的32种配置,探索特权架构配置在不同应用场景下对功能和硬件资源开销的影响.在实现方式上,采用参数化配置来选择系统的特权架构.实验结果表明,根据配置的特权架构不同,在采用相同非特权体系结构的情况下,最多会有28.63%的面积和40.83%的功耗差异. 展开更多
关键词 risc-V 特权架构 配置性 面积 功耗 微处理器
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五级流水线RISC-V微处理器的研究与设计
3
作者 张学镇 汪西虎 +1 位作者 董嗣万 张一泓 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期345-352,共8页
针对嵌入式领域低开销、高性能的应用需求,设计一种基于RISC-V开源指令集架构的32 bit微处理器。采用顺序发射、顺序执行、乱序写回的五级流水线结构,实现了整型和乘除法指令集模块组合。为了应对流水线冲突,处理器采用动态分支预测技术... 针对嵌入式领域低开销、高性能的应用需求,设计一种基于RISC-V开源指令集架构的32 bit微处理器。采用顺序发射、顺序执行、乱序写回的五级流水线结构,实现了整型和乘除法指令集模块组合。为了应对流水线冲突,处理器采用动态分支预测技术,设计数据相关性控制和乱序写回机制。使用Verilog进行设计并采用先进高性能总线(AHB)和高级外围总线(APB)为互联总线协议构建片上系统(SoC)。在仿真环境下通过编写RV32IM汇编指令测试程序,完成对处理器逻辑功能的验证。在Vivado综合工具下添加时序约束和物理约束条件后,对处理器代码进行逻辑综合并分析处理器硬件资源利用情况,最后将综合生成的码流文件下载到Xilinx Artix-7(XC7A200T-2FBG484I)现场可编程门阵列(FPGA)开发板中并以50 MHz的主频运行CoreMark程序,CoreMark跑分达到3.25 CoreMark/MHz。实验结果表明,处理器性能跑分与ARM Cortex-M3系列处理器基本持平,在各项技术对比指标相同的前提下,所设计的处理器跑分均优于RISC-V处理器对比项。所设计的处理器逻辑功能正确,使用较低的硬件开销,取得相对较高的性能指标,适用于成本受限的高性能嵌入式应用领域。 展开更多
关键词 嵌入式 risc-V架构 五级流水线 分支预测 乱序写回 先进高性能总线
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32位嵌入式RISC微处理器的设计 被引量:9
4
作者 张盛兵 樊晓桠 高德远 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2000年第6期758-763,共6页
NRS4000微处理器是西北工业大学航空微电子中心设计的32位嵌入式RISC微处理器,在指令系统级与Intel的80960KA完全兼容,具有自主版权,规模约30万等效门.在微体系结构上采用了RISC核心结构,提出了一种基于核心RISC微操作的设计方案... NRS4000微处理器是西北工业大学航空微电子中心设计的32位嵌入式RISC微处理器,在指令系统级与Intel的80960KA完全兼容,具有自主版权,规模约30万等效门.在微体系结构上采用了RISC核心结构,提出了一种基于核心RISC微操作的设计方案,具有简单、通用、灵活的特征,而且为处理器开发更细粒度的并行性提供可能.结合多执行部件、流水执行和乱序执行等先进技术,使得NRS4000既实现了与80960KA的指令系统兼容,又在微体系结构上具有很好的可扩展性.着重讨论了它的RISC核心结构的设计思想和设计实现.NRS4000微处理器的设计采用MentorGraphics工具,用VHDL语言描述、模拟和综合. 展开更多
关键词 微处理器 体系结构 微操作 流水线 risc 设计
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8位RISC微处理器核的参数化设计 被引量:4
5
作者 孙海平 高明伦 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2002年第1期23-26,共4页
文章分析了精简指令集的结构特征和嵌入式系统的应用需求,在设计出的8位RISC微处理器核的基础上,从指令集、存储空间等体系结构方面做了参数化设计和参数提取,讨论了硬件描述语言和运行于微处理器核上的程序对参数化设计的支持。参数化... 文章分析了精简指令集的结构特征和嵌入式系统的应用需求,在设计出的8位RISC微处理器核的基础上,从指令集、存储空间等体系结构方面做了参数化设计和参数提取,讨论了硬件描述语言和运行于微处理器核上的程序对参数化设计的支持。参数化的设计方法增强了IP核的灵活性和可重用性,可以在大批量设计片上系统的过程中充分使用参数化设计方法。 展开更多
关键词 微处理器核 体系结构 精简指令集计算机 risc 参数化设计
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RISC V标准指令集的六级流水线设计 被引量:2
6
作者 张旭 韩跃平 +1 位作者 唐道光 武杰 《单片机与嵌入式系统应用》 2022年第10期36-39,44,共5页
基于RISC V标准指令集,提出一种六级流水线设计方法。首先,分析了流水线级数对处理器性能的影响,在经典五级流水线的基础上将流水线划分为6个阶段,缩短时延,提高主频。其次,为解决流水线中的冒险问题,采用定向前推和插入纵向气泡的方式... 基于RISC V标准指令集,提出一种六级流水线设计方法。首先,分析了流水线级数对处理器性能的影响,在经典五级流水线的基础上将流水线划分为6个阶段,缩短时延,提高主频。其次,为解决流水线中的冒险问题,采用定向前推和插入纵向气泡的方式处理数据冒险问题,使用流水线冲刷解决流水线中控制冒险问题。最后,在EDA工具中,采用RISC V标准指令集对本设计进行仿真测试,并在FPGA上实现,运行时钟频率可达78.2 MHz。 展开更多
关键词 risc V 处理器架构 流水线 数据冒险
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新一代RISC微处理器的结构特征 被引量:6
7
作者 郑飞 《微处理机》 1995年第4期1-4,共4页
本文简要介绍在全球范围内最具影响的五大RISC集团于1994年底宣布的,1995年陆续上市的五个最新的高性能RISC微处理器(即IBM-Apple-Motorola的PowerPC620、SUN的UltraSPARC、HP的PA-RISC7200、MIPS的R10000和DEC的AlPha21164)的结... 本文简要介绍在全球范围内最具影响的五大RISC集团于1994年底宣布的,1995年陆续上市的五个最新的高性能RISC微处理器(即IBM-Apple-Motorola的PowerPC620、SUN的UltraSPARC、HP的PA-RISC7200、MIPS的R10000和DEC的AlPha21164)的结构特征,并据此对新一代RISC微处理器的结构设计思想进行分析。 展开更多
关键词 微处理器 risc 系统结构
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一种超低功耗的RISC-V处理器流水线结构 被引量:9
8
作者 邓天传 胡振波 《电子技术应用》 2019年第6期50-53,共4页
随着通信、芯片技术的高速发展,物联网将会是未来新一代信息技术的重要组成部分,也是促进生活智能化过程的强大动力。在IoT的终端设备应用中,超低功耗的微控制器扮演着不可或缺的角色。基于超低功耗嵌入式应用的设计目标,提出了一种基于... 随着通信、芯片技术的高速发展,物联网将会是未来新一代信息技术的重要组成部分,也是促进生活智能化过程的强大动力。在IoT的终端设备应用中,超低功耗的微控制器扮演着不可或缺的角色。基于超低功耗嵌入式应用的设计目标,提出了一种基于RISC-V指令集架构的处理器流水线结构,考虑到功耗和性能的折中要求,采用了以两级按序流水线为主体,辅以其他组件流水线长度可变的流水线结构。并在VCS环境下验证了微控制器的逻辑功能,同时通过SMIC180工艺库在DC环境下完成了综合仿真,得到了微控制器的面积占比报告。最后通过运行跑分程序测试,并与ARMCortex-M微控制器比较,比较结果表明本作品同样可应用于IoT的低功耗场景。 展开更多
关键词 流水线结构 低功耗 risc-V架构 risc-V处理器
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嵌入式单精度扩展浮点RISC微处理器的设计
9
作者 孙海珺 梁峰 +2 位作者 邵志标 赵宁 许琪 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2004年第6期45-48,共4页
文章介绍了一种单精度浮点RISC微处理器的核心设计思想,改进设计了一种新颖的芯片内置总线仲裁器控制总线、中断处理机管理中断、数据中继器操作存储器。采用三阶布斯算法和浮点并行算法设计FALU和FMUL,并设计了嵌入式128KSRAM,最后用UM... 文章介绍了一种单精度浮点RISC微处理器的核心设计思想,改进设计了一种新颖的芯片内置总线仲裁器控制总线、中断处理机管理中断、数据中继器操作存储器。采用三阶布斯算法和浮点并行算法设计FALU和FMUL,并设计了嵌入式128KSRAM,最后用UMC0.25滋mCMOS工艺库进行综合、布局布线完成版图设计。版图后模拟验证以及CPLD硬件仿真验证表明:微处理器工作主频达到50MHz,全部共88条指令运行正常。 展开更多
关键词 risc 微处理器 体系结构 流水线
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一种加速嵌入式RISC微处理器EEPROM指令读取的方法
10
作者 田泽 于敦山 +1 位作者 盛世敏 仇玉林 《微电子学》 CAS CSCD 北大核心 2003年第4期288-290,共3页
 提出了一种EEPROM作为嵌入式RISC微处理器的程序存储器时加速指令读取速度的方法。该方法结合具体使用的EEPROM模块和基于4级流水线的RISC微处理器的设计,对流水线EEPROM读取程序顺序执行和不能顺序执行时的相应情况进行了分析,以确...  提出了一种EEPROM作为嵌入式RISC微处理器的程序存储器时加速指令读取速度的方法。该方法结合具体使用的EEPROM模块和基于4级流水线的RISC微处理器的设计,对流水线EEPROM读取程序顺序执行和不能顺序执行时的相应情况进行了分析,以确保系统的程序能正确执行。最后,给出了流水线读取EEPROM的电路实现组织结构。 展开更多
关键词 程度存储器 risc微处理器 嵌入式系统 流水线 EEPROM 指令读取
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32位嵌入式RISC处理器的VLSI实现(英文)
11
作者 徐科 王文婷 闵昊 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2003年第12期57-62,共6页
本文实现了一个低功耗,高速度的32位RISC处理器。芯片采用了ARM V4的指令集,哈佛结构和五级流水线。同时利用了改进的流水冲突检测控制和异常处理使得流水线能以较高的速度顺序流动。与商用的ARM7TDMI相比,在0.6mm的工艺上达到了与商用0... 本文实现了一个低功耗,高速度的32位RISC处理器。芯片采用了ARM V4的指令集,哈佛结构和五级流水线。同时利用了改进的流水冲突检测控制和异常处理使得流水线能以较高的速度顺序流动。与商用的ARM7TDMI相比,在0.6mm的工艺上达到了与商用0.35mm工艺制造相同的速度,同时CPI降低了26%,MIPS上升了36%。整个系统在APTIX公司提供的MP3CF硬件仿真器上完成了硬件验证,现已完成了版图设计并提交流片。 展开更多
关键词 32位risc处理器 指令集 哈佛结构 流水线 VLSI MIPS
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基于RISC-V的嵌入式多指令集处理器设计及实现 被引量:8
12
作者 成元虎 黄立波 +3 位作者 崔益俊 马胜 王永文 隋兵才 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2081-2089,共9页
软件生态是限制RISC-V指令集架构发展的主要因素之一.让RISC-V处理器可以直接运行ARM Thumb二进制代码能在一定程度上缓解其在嵌入式领域中的软件生态问题.本文基于二进制翻译,通过硬件支持ARM Thumb的标志位、分支指令、条件执行,在RIS... 软件生态是限制RISC-V指令集架构发展的主要因素之一.让RISC-V处理器可以直接运行ARM Thumb二进制代码能在一定程度上缓解其在嵌入式领域中的软件生态问题.本文基于二进制翻译,通过硬件支持ARM Thumb的标志位、分支指令、条件执行,在RISC-V处理器上以较低的面积和功耗开销实现了对ARM Thumb程序的支持并获得了较好的性能.通过运行Embench基准程序套件,该处理器翻译运行ARM Thumb程序的平均性能能够到达直接运行RISC-V程序性能的75.5%.相较于仅使用二进制翻译支持ARM Thumb,该处理器运行ARM Thumb程序的性能提升了3.1倍,面积开销则下降了7.8%. 展开更多
关键词 risc-V ARM Thumb 体系结构 多指令集 微处理器 二进制翻译
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64位RISC微处理器的结构设计 被引量:4
13
作者 江艳 廉殿斌 李勇 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2005年第4期72-74,77,共4页
文章介绍了一种64位RISC微处理器的结构设计。采用MIPS指令集,详细分析该处理器的各主要功能单元,五级流水线控制,并对该设计中潜在流水线冒险问题提供完整解决方案,最后通过在线仿真调试及配置FPGA验证了设计的正确性。
关键词 risc 微处理器 存储器管理单元 五级流水线 体系结构
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五级流水线RISC-V处理器的研究与性能优化 被引量:8
14
作者 李介民 张善从 《微电子学与计算机》 2022年第3期78-85,共8页
国内基于RISC-V指令集的嵌入式处理器的研究在近几年内得到了快速发展.在性能评估研究上多集中于2-3级流水的小规模、低功耗处理器,针对5级流水架构处理器的性能量化研究较少.针对该问题,在传统5级顺序流水架构的基础上,分别从RISC-V指... 国内基于RISC-V指令集的嵌入式处理器的研究在近几年内得到了快速发展.在性能评估研究上多集中于2-3级流水的小规模、低功耗处理器,针对5级流水架构处理器的性能量化研究较少.针对该问题,在传统5级顺序流水架构的基础上,分别从RISC-V指令预测、流水线机制、乘除法算法、存储架构等方面分析处理器优化的策略.针对不同策略优化的处理器以AHB片上互联、APB桥接的方案实现外部模块的搭载.在FPGA上完成软硬件协同仿真验证,并在Xilinx的XC7K325T开发板上运行性能评估测试程序CoreMark,依据运行结果着重分析不同静态预测算法、不同周期乘除法运算、外挂存储的容量与设计等因素对处理器的影响.最终实现的处理器基于RV32IMZicsr架构,采用了半静态预测(资源优化)、流水线检测转发机制(处理优化)、短周期乘除法(计算优化)、最优存储架构(取指与访存优化)等性能优化策略.CoreMark跑分达到3.06 CoreMark/MHz. 展开更多
关键词 risc-V 5级流水线 性能 CoreMark 存储架构 AHB
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32位RISC微处理器流水线设计 被引量:7
15
作者 贾琳 樊晓桠 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2005年第14期115-117,共3页
简要介绍了一个32位嵌入式航空机载RISC微处理器芯片AR S03的体系结构及特色,阐述了处理器的内部各个模块的功能。着重讨论了其流水线的设计思想和设计实现。AR S03处理器的执行部件采用了5级流水结构、较好的冲突控制策略及低功耗的数... 简要介绍了一个32位嵌入式航空机载RISC微处理器芯片AR S03的体系结构及特色,阐述了处理器的内部各个模块的功能。着重讨论了其流水线的设计思想和设计实现。AR S03处理器的执行部件采用了5级流水结构、较好的冲突控制策略及低功耗的数据通路,实现了简洁、高效、灵活的体系结构。通过Verilog仿真、综合和静态时序分析的结果表明设计达到了预定的设计要求。 展开更多
关键词 微处理器 精简指令集 流水线 低功耗
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一种嵌入式32位RISC微型计算机的体系结构
16
作者 沈绪榜 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 1992年第3期8-11,共4页
本文从数据类型、指令格式与指令集合三个方面介绍一种嵌入式32位RISC微计算机的体系结构。
关键词 微机 体系结构 risc
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32位RISC嵌入式微处理器流水线设计
17
作者 王丽霞 孙长秋 《电子测试》 2016年第10期1-2,8,共3页
介绍了一32位RISC嵌入式微处理器(取名为Moon Core)的5级流水线的结构,即取指&译码(IF&ID)、读寄存器堆(RF)、执行(EXEC)、访存(DMEM)和写回(WB),详细介绍了各个流水级的主要部件的设计并分析了流水线相关问题及解决办法。
关键词 微处理器 精简指令集计算机 流水线
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基于FPGA的32位RISC微处理器设计 被引量:4
18
作者 刘览 郑步生 施慧彬 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2011年第3期367-373,共7页
提出了一种与MIPS32指令集兼容的32位RISC微处理器(HP-MIPS)的设计方法。在对经典的MIPS体系结构分析之后,对处理器的整体结构进行重新划分,通过增加流水线级数设计出一种拥有8级流水线的微处理器数据路径结构,并且对设计中由于增加流... 提出了一种与MIPS32指令集兼容的32位RISC微处理器(HP-MIPS)的设计方法。在对经典的MIPS体系结构分析之后,对处理器的整体结构进行重新划分,通过增加流水线级数设计出一种拥有8级流水线的微处理器数据路径结构,并且对设计中由于增加流水线级数而引入的流水线数据冲突问题给出了完整的解决方案。此外还设计了一种流水线结构的动态分支预测器用以解决微处理器分支冒险问题,其优点在于既能降低微处理器的CPI,同时又不会使流水线出现局部逻辑拥堵从而降低微处理器的主频。最后给出了设计的综合结果,并对该设计进行了软件仿真和硬件验证。在FPGA芯片上的运行时钟频率可达146.628 MHz。 展开更多
关键词 精简指令集计算机 微处理器 流水线 分支预测
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16位嵌入式RISC微处理器设计 被引量:1
19
作者 雷少波 黄民 《微型机与应用》 2013年第7期13-15,19,共4页
设计了一款具有4级流水线结构的16位RISC嵌入式微处理器。针对转移指令,未采用惯用的延迟转移技术,而是通过在取指阶段增加相应的硬件结构实现了无延迟转移。采用内部前推技术解决了指令执行过程中的数据相关。同时通过设置相应的硬件... 设计了一款具有4级流水线结构的16位RISC嵌入式微处理器。针对转移指令,未采用惯用的延迟转移技术,而是通过在取指阶段增加相应的硬件结构实现了无延迟转移。采用内部前推技术解决了指令执行过程中的数据相关。同时通过设置相应的硬件堆栈实现了对中断嵌套和调用嵌套的支持。整体系统结构采用VerilogHDL语言设计,指令系统较完善。在软件平台上的仿真验证初步表明了本设计的正确性。 展开更多
关键词 微处理器 流水线 精简指令集 现场可编程门阵列 嵌入式系统
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一种高性能的嵌入式微处理器:银河TS-1 被引量:2
20
作者 陆洪毅 沈立 +3 位作者 赵学秘 王蕾 戴葵 王志英 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第11期1668-1671,共4页
银河TS 1嵌入式微处理器是国防科学技术大学计算机学院设计的 32位嵌入式微处理器 ,完全正向设计 ,具有自主版权 .在体系结构上采用RISC内核 ,六级流水线 ,具有独立的数据Cache和指令Cache .特别的 ,TS 1具有两个取指部件的动态指令调... 银河TS 1嵌入式微处理器是国防科学技术大学计算机学院设计的 32位嵌入式微处理器 ,完全正向设计 ,具有自主版权 .在体系结构上采用RISC内核 ,六级流水线 ,具有独立的数据Cache和指令Cache .特别的 ,TS 1具有两个取指部件的动态指令调度机制 ,拥有面向嵌入式应用的向量处理机制 ,采用基于内容复制 /交换的寄存器窗口技术的中断处理机制 ,支持WISHBONEIP核互连接口规范 ,具有良好的扩展性 .本文主要介绍TS 1的RISC核心设计思想和关键实现技术 ,最后给出性能评测结果 .TS 1设计已经在Altera的FPGAEP2 0K4 0 0EBC上面得到了验证 ,主频可以达到 36 .7MHz. 展开更多
关键词 银河TS-1 嵌入式微处理器 体系结构 向量化 流水线 risc
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