基于RISC-V指令集的超标量处理器设计
发布时间：2021-07-14 10:47
针对嵌入式设备对高性能处理器低功耗的需求,基于RISC-V指令集的标准,提出了一种顺序双发射的超标量处理器设计方法。处理器代号为Egret,采用九级流水线架构,支持RV32IMAFC指令集。经过UVM验证,Egret处理器Dhrystone性能可以达到1.76DMIPS/MHz,Coremark性能达到2.88Coremark/MHz,Whetstone性能达到0.86MWIPS/MHz。处理器在FPGA上能够稳定运行在100MHz。在SMIC 40nm LL工艺下,处理器频率为600MHz,面积为1mm2。
【文章来源】：中国集成电路. 2020,29(09)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Egret处理器整体结构图
Egret处理器采用9级指令流水线结构，如图2所示，分别是指令获取，指令分发，指令执行，写回等四大部分。这种设计使多条指令能够重叠地执行，通过提高单位时间内执行的指令条数来提高处理器执行程序的吞吐率，从而提高处理器的主频。指令的发射宽度为2。支持指令双发射对流水线的设计提出了更高的要求，增加设计复杂度。同时多级取指流水线对分支预测性能提出了更高的要求。Fetch级包含4级流水线，功能是通过I-Cache从存储器中获得指令包并对其进行初步拆分。在此期间，如果Cache未命中，则向总线发起读请求，从存储器中获取对应的指令包。如果Cache命中，则向处理器内核直接返回对应的指令包。指令包的位宽是128位，需要对其进行初步拆分，放在64位的缓存包中。
4.验证平台要能够给出预期的结果，在scoreboard中的判断标准，判断的标准就是预期，完成预期功能实现的是参考模型（reference model);UVM包括transaction、interface、driver、sequence、sequencer、monitor、reference model、agent、test、env、top等部分；UVM通过牺牲简洁性换来通用性。此方案中采用的UVM库为UVM1.1d，使用的仿真工具为VCS，调试工具为Verdi。如图4所示，分别介绍各个模块的功能：
本文编号：3283989
【文章来源】：中国集成电路. 2020,29(09)
【文章页数】：7 页
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Egret处理器整体结构图
Egret处理器采用9级指令流水线结构，如图2所示，分别是指令获取，指令分发，指令执行，写回等四大部分。这种设计使多条指令能够重叠地执行，通过提高单位时间内执行的指令条数来提高处理器执行程序的吞吐率，从而提高处理器的主频。指令的发射宽度为2。支持指令双发射对流水线的设计提出了更高的要求，增加设计复杂度。同时多级取指流水线对分支预测性能提出了更高的要求。Fetch级包含4级流水线，功能是通过I-Cache从存储器中获得指令包并对其进行初步拆分。在此期间，如果Cache未命中，则向总线发起读请求，从存储器中获取对应的指令包。如果Cache命中，则向处理器内核直接返回对应的指令包。指令包的位宽是128位，需要对其进行初步拆分，放在64位的缓存包中。
4.验证平台要能够给出预期的结果，在scoreboard中的判断标准，判断的标准就是预期，完成预期功能实现的是参考模型（reference model);UVM包括transaction、interface、driver、sequence、sequencer、monitor、reference model、agent、test、env、top等部分；UVM通过牺牲简洁性换来通用性。此方案中采用的UVM库为UVM1.1d，使用的仿真工具为VCS，调试工具为Verdi。如图4所示，分别介绍各个模块的功能：
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