处理器设计

RISC-V处理器

一、 PULP项目

基于RISC-V处理器的项目。并行超低功耗处理器(parallel ultra low power),瑞士联邦理工学院开发。实现一个开放、可扩展的Soc,总功耗在毫瓦级,满足IoT设备对计算能力的需求。物联网、终端计算和边缘计算。

目前物联网的设备需要大量数据的读取,甚至人脸识别等视觉,但是对单核处理器算力不够,处理不了。在数据传输中通讯过程消耗大量功耗。移动端和智能驾驶上的应用无法满足。

架构图如下:

采用多核、可扩展的RISC-V指令集。

多核低延迟的互连结构、SRAM的2级cache,多总线,经过多次流片。满足并行性处理。

PULP是一个多核SoC,处理器两种:一种是Openrisc的or10N,另一种采用RISC-V指令集的RI5CY。

实现低功耗、高性能:

(1)并没有在总线上外挂加速器,而是采用扩展指令集。

(2)共享指令cache,提高存储性能。多核处理器共享cache,解决多核一致性问题。

(3)设计了指令预取buffer,减小取指令的延迟。

(4)紧耦合数据缓存:SCM,进行数据缓存

在RI5CY处理器上进行了指令集扩展:

算术指令扩展;硬件循环loop指令加速;存取指令的自增;累加;乘加;向量操作

2018年被硅谷风投公司进行流片产业化应用。实现了前沿的能源效率,功耗超低,具有高度可配置性,毫瓦级高性能处理,满足物联网应用的计算需求。满足多传感器产生的数据流应用。超低功耗可编程架构,支持各种开源库。

GAP8处理器:主要用于边缘计算和物联网市场。主频250MHZ,55nm台积电工艺,包括一个加速卷积神经网络的神经处理器。MCU控制器和计算引擎。目前支持两种操作系统,PULP,不支持linix等复杂操作系统。

RI5CY:最早的采用risc-v架构的开源处理器核,2016年成为RISC-V内核之一,基金会认可。2020年2月更名CV32E40P,OpenHw平台维护,是32位按序in-order调度的处理器内核,四级流水线,实现了RV32指令集。

实用级处理器,2级的蜂鸟小平台是MCU,四级高性能起步,具有实用价值,实现了定制指令,可进行数字信号处理的应用,被大公司如谷歌、IBM集成评估。只实现了特权ISA的子集,目前可在低复杂度OS上运行。在linux上需要更多特权级别,内存保护单元内存管理单元。还在不断完善。

四级流水结构:取值,译码,执行,回写。

(1)指令集

CV32E40:支持I、C、M这三类指令集的扩展。

risc-v特点是模块化。

RV32I,核心基础ISA,运行一个完整的基础整数指令集。

支持乘除法RV32M、压缩指令扩展RV32C、单精度浮点RV32F。RV32V支持向量运算。

模块化避免了增量ISA。只有需要的指令集成进来,高效。

寻址方式:4种。立即数寻址、寄存器寻址、load指令的基地址寻址,分支跳转寻址pc

(2)微结构

四级流水。指令接口取指令,数据接口取数据,哈佛结构。C、E控制和使能信号。

数据冒险:foward电路,bypass电路

指令预取Buffer:队列buffer、FIFO;cache方式。位于多核共享指令缓存和处理器核之间

看着时序手册进行设计。

处理器接口情况

内核->加入总线外设->SoC。

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