[发明专利]一种可配置处理器体系结构和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，具体涉及一种可配置处理器体系结构 和控制方法。

背景技术

随着集成电路制造工艺进入90nm-45nm阶段，数据流算法(如数字 媒体和通信基带等)的ASIC(Application Specific Integrated Circuit，即 专用集成电路)设计，面临设计周期长、设计成本高、灵活性差、扩展性 差，难以满足产品快速上市、功能不断提升的需求。

现有处理器的体系结构和指令系统，包括CPU和DSP，存在三个方 面的问题：第一是要实现高性能的算法运算功能，一定需要相对复杂的体 系结构和指令系统，并且不易扩展，除了工艺进步的因素之外，从体系结 构上提升运算性能，往往需要重新修改整个处理器的设计、甚至修改整个 指令系统，比如增加运算部件和存储部件与数据通路等；第二是现有处理 器的体系结构提升性能需要付出较大的功耗和面积代价，因为它主要通过 提升指令的执行速度来获得性能的提升，比如增加流水线的级数或条数、 增加快速缓存等，导致处理器控制部件复杂性的快速提升；第三是基于一 般处理器指令系统的算法实现，反汇编后的程序代码的语义明确，比较容 易被抄袭，难以保证核心算法的知识产权。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、易于扩展 的可配置处理器体系结构，本发明要解决的另一个技术问题是提供可配置 处理器的控制方法。

本发明是通过以下技术方案来解决上述技术问题的：

一种可配置处理器体系结构，包括互连的可配置控制部件和可配置部 件，所述可配置控制部件用于执行指令向可配置部件发出配置信息，所述 可配置部件用于根据该配置信息执行处理任务。

上述可配置部件包括可配置数据路径部件、可配置输入输出部件和至 少一个可配置运算部件，所述可配置输入输出部件包括可配置存储部件和 /或可配置输入输出端口。

上述可配置部件具有配置寄存器和功能单元，所述可配置控制部件将 配置信息写入指定的可配置部件中的配置寄存器，所述可配置部件的功能 单元根据其自身配置寄存器中的配置信息进行规定的操作来执行处理任 务。

上述可配置控制部件包括指令寄存器和通用寄存器，所述指令寄存器 的大小、通用寄存器的数量可配置。

一种可配置处理器的控制方法，包括以下步骤：

可配置控制部件向可配置部件发送配置信息；

可配置部件依据所述配置信息执行相应操作。

上述可配置部件包括配置寄存器和功能单元，所述可配置控制部件执 行配置指令，将配置信息写入指令中指定的可配置部件的配置寄存器中， 所述可配置部件根据其自身配置寄存器中的配置信息执行相应操作。

上述配置指令至少包含操作码、源和目的参数，所述操作码为规定指 令所执行操作的命令码，所述源为指令操作的对象，所述目的是用于指定 写入配置信息的配置寄存器。

上述配置指令中的源包括寄存器中的内容或立即数。

上述配置指令是通过定义超长指令字加以实现的，所述超长指令字的 字长是根据其所配置的可配置部件的数目来设置的。

上述配置指令的字长配置通过修正指令寄存器加以实现。

本发明与现有技术相比较的有益效果是：

(1)对于本发明的处理器体系结构而言，将运算操作的复杂性移入各 个可配置运算部件，将数据通路的复杂性移入可配置数据路径部件，将输 入输出的复杂性移入可配置输入输出部件，这样，可配置控制部件非常简 单，不需要设计复杂的指令流水线、不需要加多级快速指令缓存去提升处 理器的性能；

(2)对于本发明的处理器体系结构而言，需要提升处理器的性能可通 过增加可配置运算部件的数量实现，无需变更处理器的整个架构，仅需要 其它相关部件简单扩展即可，如增加可配置控制部件的字长等；

(3)对于本发明的处理器体系结构而言，可配置部件的操作通过可配 置控制部件执行配置指令驱动完成，即使反汇编可配置控制部件的程序代 码，在不知晓配置信息所代表的运算操作就难以获得算法实现的过程，可 以实现对算法的有效保护；

(4)对于本发明的控制方法而言，其配置指令通过长指令实现，可以 简化因可配置部件数目变化而带来的配置复杂性；