可執行ASIP設計規約

《可執行ASIP設計規約》是2013年華中科技大學出版社出版的圖書，作者是朱勇。

基本介紹

• 書名：可執行ASIP設計規約
• 出版社：華中科技大學出版社
• 頁數：160頁
• 開本：16
• 品牌：華中科技大學出版社
• 作者：朱勇
• 出版日期：2013年12月1日
• 語種：簡體中文
• ISBN：9787560995281

基本介紹

內容簡介

本書系統地論述了ASIP（專用指令集處理器）設計規約及系統設計方法學。首先，從一般系統層面介紹基本的開發流程，闡述“描述綜合”設計方法學的概念，以此作為ASIP設計的基本原則。接下來，第4章給出系統的基本模型及處理器體系結構，作為ASIP建模參考。第5章詳細列出各類體系結構描述語言（ADL）的特徵，以作為ASIP描述手段。第6章指出ASIP設計規約的內容。在“描述綜合”設計方法學原則指導下，採用ADL描述手段，得到指令集和結構的邏輯綜合。最終，給出原型機運行仿真結果及集成環境主界面，並總結出ASIP設計的重要原則。本專著可作為研究計算機體系結構、SoC（片上系統）和系統設計方法學相關學者的參考書，也可以供計算機、電子信息和系統科學等專業的研究生研讀。

作者簡介

朱勇，華中科技大學計算機系統結構專業博士，博導。武漢紡織大學計算機科學學院院長，教授。湖北省有突出貢獻的中青年專家，教育部高等學校教學指導委員會委員會專家工作組成員，湖北省高校計算機教育專業委員會常務理事，湖北省微機學會副主任委員，中國計算機學會高級會員，中國電子學會高級會員。

圖書目錄

第1章引言
1.1嵌入式系統與片上系統
1.1.1嵌入式系統
1.1.2IP核設計與復用
1.1.3軟硬體協同設計
1.2專用指令集處理器
1.2.1ASIP特性
1.2.2研究狀況
1.3設計方法學
1.3.1體系結構描述語言
1.3.2描述綜合設計方法學
1.3.3可執行設計規約
第2章系統開發
2.1基本概念
2.1.1分析
2.1.2設計
2.1.3生命周期
2.1.4測試
2.2系統分析
2.2.1需求分析
2.2.2結構對象分析
2.2.3行為對象分析
2.3系統設計
2.3.1架構設計
2.3.2機制設計
2.3.3詳細設計
第3章設計方法學
3.1設計方法學概述
3.1.1慣例設計方法學
3.1.2系統級設計方法學
3.1.3MDA設計方法學
3.2系統描述
3.2.1設計表示
3.2.2UML視圖
3.2.3Y—chart模型
3.2.4抽象級別
3.3設計綜合
3.3.1“描述綜合”方法學
3.3.2系統綜合
3.3.3ASIP綜合
3.3.4邏輯與時序綜合
第4章模型與體系結構
4.1典型模型
4.1.1模型類型
4.1.2面向狀態的模型
4.1.3面向活動的模型
4.1.4面向結構的模型
4.1.5面向數據的模型
4.1.6異構模型
4.2體系結構
4.2.1體系結構分類
4.2.2通用處理器
4.2.3並行處理器
4.2.4專用體系結構
4.3微結構
4.3.1概念
4.3.2實例
第5章體系結構描述語言
5.1UML建模語言
5.1.1UML基礎
5.1.2嵌入式領域UML描述
5.2Spec描述語言
5.2.1SpecCharts語言
5.2.2SpecC語言
5.3LISA指令描述語言
5.3.1LISA
5.3.2LPDP
5.4HDL硬體描述語言
5.4.1VHDL
5.4.2Verilog
5.4.3UML至HDL的映射
第6章ASIP系統規約
6.1開發模式
6.1.1模型規約
6.1.2可執行模型
6.1.3開發流程
6.2建模模式
6.2.1對象模型
6.2.2行為模式
6.2.3調試與測試
6.3框架設計
6.3.1概述
6.3.2實時框架
6.3.3可執行框架
6.3.4設計原理與度量
第7章ASIP ADL描述
7.1ASIP模型
7.1.1LISA ADL描述
7.1.2Expression ADL描述
7.1.3模型抽象
7.2TTA
7.2.1OTA與TTA
7.2.2指令集行為
7.2.3ADF規約
7.3流水線微結構
7.3.1流水線狀態機
7.3.2Petri網模型
7.3.3PNML描述
第8章ASIP綜合實現
8.1ADL綜合
8.1.1綜合驅動探索
8.1.2ISA綜合
8.1.3結構綜合
8.2軟體框架
8.2.1MVC架構
8.2.2ThinkPHP框架
8.2.3套用軟體編程
8.3集成環境
8.3.1環境形態
8.3.2時空設計模式
8.3.3IDE組成
第9章結束語
9.1結果
9.2結論
9.3前瞻
參考文獻

序言

作為一名長期從事嵌入式處理器套用項目（包括單片機測試儀、工控機系統、嵌入式處理器接口和IP核處理單元等），以及計算機系統結構的研究者，一直致力於CPU核心機理研究，此次有幸得到國家自然科學基金“ASIP行為邏輯及其綜合的關鍵技術研究”（項目編號：61142006）的資助，對ASIP（專用指令集處理器）設計方法學進行了專門研究。本研究採用ADL（體系結構描述語言）描述方法，研究如何用規範、機器可讀形式建立ASIP體系結構模型方法學，即可執行規約。研究內容包括：各視圖的ADL描述，如指令集ADL描述、流水線微結構ADL描述、流水線Petri網PNML（Petri 網標記語言）描述等，構建指令集行為模型和流水線微結構模型。將上述ADL描述在EDA環境中進行仿真評估，加強模型驗證與最佳化。課題主要解決以下兩個關鍵問題：① ADL能夠捕捉多種體系結構，包括RISC、VLIW、TTA等。② 構建流水線PNML模型。欲達到的目標是，建立基於ADL描述的ASIP流水線Petri網模型，經EDA工具捕捉、最佳化後，自動綜合為邏輯實現，使可執行設計規約驅動整個設計流程，從而提高設計效率。ASIP設計在計算性能和靈活性的能耗方面獲得很好平衡。其特色是具有用戶定義的指令、數據路徑和加速器。與ASIC（專用積體電路）和GPP（通用可程式處理器）相比，ASIP 套用實現了二者間滿意的性價比平衡，具有良好的套用前景。其主要優點是最大限度地利用有限的硬體資源，且這一技術特點使得其越來越受到嵌入式系統設計人員的青睞。因處理器在信息領域中的重要地位，其核心技術一直是科技已開發國家的研究重點，特別是一些超級公司更是壟斷了GPP產業鏈。反觀國內廠商的產品，這些產品大多是採用國外主流SoC平台的衍生品，基於自主智慧財產權的ASIP核心寥寥無幾。與GPP和ASIC非常成熟的研究相比，ASIP系統設計目前還缺乏通用的系統設計流程和開發工具，設計上更多地依靠系統設計人員的經驗，很多問題還有待進一步研究。其中ASIP系統設計方法學是亟待解決的問題。相對於成熟的GPP設計，ASIP體系結構DSE（設計空間探索）具有更大的空間。特別是新型的可配置及TTA架構的ASIP模型驗證、仿真及其邏輯實現，極大地擴展了計算機體系結構研究領域。藉助SoC硬體技術，動態數據路徑及用戶定義指令在滿足功耗和面積約束下，能夠解決嵌入式套用關鍵功能瓶頸。基於Petri網的流水線模型可以更好地實現狀態遷移的並行性與同步，通過編碼樹將處理器指令行為分解到不同的流水段，並映射到相應的功能單元，提高流水線效率。有些ADL在國外已成功運用於ASIP設計，其最顯著的特徵是捕捉處理器體系結構並生成工具鏈。作為處理器精確建模規約，它可用於設計自動化的各項任務，如仿真、編譯、綜合、測試、體系結構驗證等；作為設計語言，它借鑑程式語言特性與功能，特別是先進的軟體工程框架實現可執行設計規約。ADL不僅專注於處理器及存儲器體系結構，還具備描述SoC外圍設備與接口的能力，能夠進一步捕捉多核體系結構，並支持RTOS。總之，ASIP設計方法學涉及計算機體系結構、設計方法學、模型規約及軟體工程框架等方面的研究，具有重要的科學研究意義。本課題的一個重要成果是開發了具有自主智慧財產權的集成設計環境（已獲得兩項軟體智慧財產權），為ASIP完整工具鏈的建立奠定了基礎。國內罕有ASIP設計方法學方面的專著，《可執行ASIP設計規約》算是對此的一個補充。最後要感謝對本專著給予支持的單位：國家自然科學基金委員會和華中科技大學出版社。將此書獻給我至親的家人！
朱勇
2013年11月於武昌