[发明专利]矩阵处理器及其指令集和嵌入式系统

权利要求书

1.一种矩阵处理器，其特征在于，包括外部数据接口、IRAM、 DRAM、矩阵处理器核心；

所述外部数据接口连接矩阵处理器的IRAM、DRAM与外部存储器， 完成矩阵处理器指令的写入和与外部进行数据交换；

所述IRAM和DRAM，相当于矩阵处理器的缓存；IRAM接收外部模 块写入的指令序列；DRAM接收外部模块写入的矩阵或其他数据、接 收矩阵处理器核心写入的计算结果，供矩阵处理器使用或外部模块读 出，完成矩阵处理器与外部模块的数据交换；

所述矩阵处理器核心，用于取指、译码、运算、结果写回和控制。

2.根据权利要求1所述的一种矩阵处理器，其特征在于，所述 外部数据接口、IRAM、DRAM、矩阵处理器核心共同连接一个寄存器组， 所述寄存器组存放外部数据接口、IRAM、DRAM、矩阵处理器核心的系 统信息和交互信息。

3.根据权利要求2所述的一种矩阵处理器，其特征在于，所述 外部数据接口、IRAM、DRAM、矩阵处理器核心共同连接一个中断产生 器，外部数据接口、IRAM、DRAM、矩阵处理器核心的中断请求通过寄 存器组和中断产生器输出给外部CPU。

4.根据权利要求1所述的一种矩阵处理器，其特征在于，所述 矩阵处理器核心包括取指单元、第一译码单元、第二译码单元、读写 数据单元、通用寄存器组、浮点运算单元和控制单元；IRAM、取指单 元、第一译码单元、第二译码单元、浮点运算单元依次连接；浮点运 算单元、通用寄存器组、读写数据单元、DRAM依次连接；第一译码 单元连接所述读写数据单元。

5.根据权利要求4所述的一种矩阵处理器，其特征在于，该矩 阵处理器使用的指令集包括：L/S和移动指令、跳转指令、浮点运算 指令、数学函数指令、单指令多数据指令、矩阵运算指令；

所述L/S和移动指令，完成矩阵处理器缓存和寄存器、寄存器间 的数据读取和写入；

所述跳转指令，完成指令执行顺序的改变；

所述浮点运算指令，完成基本浮点数运算，包括求绝对值、比较、 加、减、乘、除、开方、乘加运算；

所述数学函数指令，完成初等数学函数的运算，包括三角函数、 反三角函数、对数函数、指数函数；

所述SIMD指令，完成不同浮点数的并行运算，完成的运算和浮 点运算指令中包括的运算相同；

所述矩阵运算指令，完成矩阵的一些基本的和简单的运算，包括 矩阵生成、矩阵转置、矩阵的行列提取、按矩阵行列进行求和、矩阵 与实数的加减乘除、矩阵的加减乘、矩阵的初等变换。

6.根据权利要求4或5所述的一种矩阵处理器，其特征在于， 取指单元接收控制单元发送的取指令使能信号，从IRAM中开始循环 读取指令，发送指令给第一译码单元，并完成跳转指令；第一译码单 元接收来自取指单元发送的指令，根据指令的类别进行译码，将矩阵 运算和数学函数运算指令转换成SIMD或浮点操作指令写入第二译码 单元，将L/S和移动指令送入读写数据单元；读写数据单元接收第一 译码单元发送的数据地址和使能信号，完成从DRAM中读取数据写入 通用寄存器组，将通用寄存器组中的数据写入DRAM；通用寄存器组 的寄存器间的数据转移；第二译码单元接收第一译码单元发送的SIMD 和浮点运算指令，将指令解码为浮点操作指令，送给浮点运算单元； 浮点运算单元包括四个并联的第一浮点运算模块和一个第二浮点运 算模块，该四个并联的第一浮点运算模块串联到第二浮点运算模块； 每个第一浮点运算模块的目的和源寄存器地址由第二译码单元控制； 第一浮点运算模块完成扩展单精度浮点运算，第二浮点运算模块完成 扩展单精度的4输入加法；控制单元控制矩阵处理器的运行，当计算 完成或发生异常时发送中断信号给外部CPU。

7.由权利要求6所述的一种矩阵处理器，其特征在于，所述矩 阵处理器还包括一个特殊寄存器，所述特殊寄存器在矩阵处理器执行 有实数参与的运算指令时，保存该实数。