[发明专利]基于Petri网模型的ASIP行为逻辑综合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机体系结构的设计，特别是涉及一种针对ASIP(Application Specific Instruction Set Processor，专用指令集处理器)体系结构的设计。

背景技术

流水线是处理器的核心组成，并且设计及其优化极其复杂。除了教科书上提供基本运行原理外，不会给出实现细节。现有流水线设计主要采用传统的逻辑设计方法，设计其数据通道和控制器状态机，要靠设计者的经验；当然，采用先进的EDA软件可以部分提高设计效率。

现有设计方法中，将典型情形下的流水线信号时序组合定义为相应的状态，并通过状态机时序逻辑实现。由于直接面对最底层的信号时序，对于复杂(多发射、乱序、相关等)和特殊(ASIP用户定制指令)的行为，设计难度和周期就会增加；相应的验证、调试也就会更加困难，更不用说优化与扩展了。

本专利所要解决的技术问题是：

①建立Petri网流水线模型

采用Petri网模型中位所、迁移、托肯等元素建立流水线行为模型，并通过PNML(Petri网标记语言)描述其行为逻辑。

②状态机视图映射

利用Petri网模型与流水线状态机元素的有机关联，如位所与状态、迁移与转换、托肯与条件等，映射为状态机视图。状态机视图是流水线及其控制逻辑传统设计方法，从而保证了行为逻辑可以实现综合。

发明内容

本方法基于Petri网模型对ASIP流水线行为建模，并采用PNML进行规范性描述；进而根据Petri网与状态机的有机关联机映射为状态机视图后，实现逻辑综合；最终产生可以仿真验证的功能模块，进行性能评估，优化流水线设计。

具体来说包括如下三个步骤：步骤1.对ASIP流水线行为建立Petri网模型，并采用PNML进行规范性描述；步骤2.根据Petri网与状态机的有机关联机映射为状态机视图后，实现逻辑综合；步骤3.将EDA工具链生成的硬联逻辑，下载到真实物理环境SoC中检验与运行，进行性能评估，优化流水线设计。

有益效果

Petri网作为一种系统建模工具，特别适合描述系统的控制流、并发和异步特性，与状态机行为模型相比更具优势。本发明方法通过建模将复杂问题抽象化，借鉴Petri网强大的建模能力以及较完善的验证手段，建立流水线行为模型，并通过PNML进行描述，再映射为状态机视图，最终的综合逻辑直接用于ASIP功能模块设计及其硬件实现。

PNML语言严格定义了对象元模型的语义，并为对象结构、行为的捕获和通信提供了符号表示，是基于模型的系统级设计方法。同时，其规范化特性也为设计角色间互相交流消除了二义性，提高设计效率。

高级CPN模型中token可以带有信息，克服了传统Petri网中仅仅将其看作一般初始化的不足。在描述多种相关情形时，通过定义颜色集对进行模型简化和规整，加强了Petri网的建模能力。

本方法作为一种极具潜力的系统级设计方法，得了规范的Petri网模型语义与行为，可以预期验证系统功能的正确性，还能作为综合工具的输入以及系统技术文档标准，并且可以通过第三方工具扩展其可执行描述功能。

附图说明

下面结合附图对本发明的作进一步说明。

图1是RISC流水线Petri网模型；

图2是TTA流水线Petri(P/N)网模型；

图3是TTA流水线Petri(CPN)网模型；

具体实施方式

流水线行为逻辑及其ADL描述模型是处理器设计的关键问题之一，进一步得到基于Petri网模型的流水线ADL描述，即PNML，经第三方工具验证后综合为HDL，并在EDA和SoC环境中进行体系结构探索及优化。

在计算机体系结构中，可以用Petri网中的位置用来表示系统的局部状态，如队列、缓冲、资源等；变迁则用来描述引起系统状态改变的事件，如信息处理、存储器读写、数据收发等操作；弧表明状态和事件之间的关系，还能凭借位置容量和弧权表述其中的数量属性，从而给出基于Petri网模型的流水线行为。流水线的本质是部件、行为以及时序的集合，它们之间的映射关系便决定了流水线的结构。流水线结构中的元素可以分成两类：一类是寄存器，用于存储数据；另一类是执行部件，它反映了指令的功能行为。在Petri网模型中，可以用库所映射存储部件，用变迁表示功能执行，用扩展token的流动来模拟指令在流水线中的流动。

本发明专利的实现包括如下步骤：