基于Xtensa的ASIP开发流程研究

　　现在设计可编程处理器，很少是全新定制指令，普遍采用的方式是在已有的某RISC指令集基础上进行部分定制(或说扩展/自定义/优化指令)。理论上，为了研发一款ASIP式处理器，需要在已有GPP、ASIP、ASIC的基础上调整数据通路(Datapath)，即增加功能单元，如图1所示的5级Pipeline处理器中添加自定义功能单元(Custom Unit)，同时需要专用指令将操作数调入此自定义单元进行数据处理。为了实现指令扩展，首先需要分析应用目标数据处理算法的特性，从中找出那些经常出现且可以绑定的基本操作包;然后从众多实现方式(或大设计空间)如：(1)FLIX(VLIW或Multi-slot);(2)Vector(SIMD);(3)FUSED(Add-with-Shift-by-1)中选择最合适的途径[9-10]。因为设计者很难一次性找到最优途径，常常需要不同方式之间进行比较，因此一般需要某些EDA工具帮助快速实现指令自定义以及分析当前自定义指令对ASIP性能的影响。图2采用Top-down方式示意出ASIP设计的理论步骤。

Xtensa开发工具集

　　目前，可用于ASIP体系结构及指令系统开发的EDA工具，包括Tensilica的Xtensa开发工具集(Xplorer、XCC、XPRES、XTMS、XEnergy)，CoWare的Processor Design，University of Campinas的ArchC等。但Tensilica 的Xtensa开发工具集因功能强大而得到广泛应用。

　　Tensilica针对SoC应用而设计的Xtensa系列可配置处理器及其开发工具，提供了一种自动化程度非常高的开发流程，该流程包括仿真C/SystemC级算法、调整处理器体系结构、向基本处理器添加专用指令、自动生成硬件RTL代码和与之相匹配的软件工具链(如编译器等)，通过可配置处理器技术和TIE(Tensilica Instruction Extension)指令扩展技术替代了RTL开发。和ASIP相关的具体功能如下。