[发明专利]用于加速数字信号处理的RISC-V指令集扩展方法

说明书

本发明公开了一种用于加速数字信号处理的RISC‑V指令集扩展方法，用于构建用于数字信号处理的RISC‑V指令集，包括：根据数字信号处理的算法类型，确定用于数字信号处理的扩展指令的操作类型集合；根据处理器架构，设置扩展指令的操作数类型；根据数字信号处理的精度运算特点，设置扩展指令的数据处理模式；对扩展指令的操作类型集合、操作数类型和数据处理模式进行组合，构建扩展指令子集；根据RISC‑V指令集的指令格式，对扩展指令子集进行编码，构建用于数字信号处理的RISC‑V指令集。本发明的方法能够克服现有RISC‑V指令集应用于数字信号处理时，存在的运算类型欠缺、数据宽度灵活性和数据结果精度不足问题，提高处理器在进行数字信号处理时的性能。

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术领域，具体涉及一种用于加速数字信号处理的RISC-V指令集扩展方法。

背景技术

指令集是处理器底层硬件与运行于其上的软件之间的桥梁和接口，处理器通过从内存中读取指令，并进行译码和执行，完成复杂的运算和控制任务。每个处理器都有特定的指令集与其进行对应，指令集的设计直接影响到处理器的性能。目前的处理器设计中，除了需要为基本运算和控制设定相应的指令集外，通常还需要设计面向特定应用领域的扩展指令集。面向特定应用领域的指令集子系统是将复杂的运算控制流程简化为相应的操作，并由处理器根据解码的信息直接运行，能够避免通过基本指令集产生复杂控制运算流程。

RISC-V指令集是一个基于精简指令集(RISC)原则的开源指令集架构(ISA)，是一个完全开放的、标准的、能够支持各种应用的全新指令集。RISC-V指令集包含一个非常小的基础指令集和一系列可选的指令集。其中，基础指令集为整数指令集RV32I与RV64I，分别提供32位与64位的地址空间；其他的可选指令集包括乘除运算、原子操作、浮点运算、压缩指令、位运算、事务存储、以及向量计算等。RISC-V指令集的特点在于规整的指令编码和模块化的指令子集，同时指令集也预留了大量的指令编码空间，可以高效实现用户的自定义扩展。用户通过灵活选择不同的模块组合或者进行扩展，可以构建适用于任何一个领域的微处理器，比如云计算、存储、并行计算、虚拟化/容器、低功耗嵌入式和数字信号处理等领域。

现有的数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)通常具有如下的运算特征：在数字滤波、傅里叶变换、向量矩阵等典型DSP应用场景中，都有大量的乘累加操作；对于定点数据，针对不同的应用场景，数据宽度通常为8bit、16bit或32bit；数字信号处理通常还支持饱和运算和舍入运算，以保证数据精度。然而，由于目前RISC-V指令集没有点积和乘累加等数字信号处理的运算类型的指令，并且主要针对数据位宽为32bit或64bit的数据进行处理，同时也缺少饱和操作、舍入操作等精度有效性处理操作的指令支持，导致现有的RISC-V指令集应用于数字信号处理时存在着较大的局限性。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于加速数字信号处理的RISC-V指令集扩展方法。

为此，本发明公开了一种用于加速数字信号处理的RISC-V指令集扩展方法，所述方法用于构建用于数字信号处理的RISC-V指令集，包括：

根据数字信号处理的算法类型，确定用于数字信号处理的扩展指令的操作类型集合；

根据处理器架构，设置扩展指令的操作数类型；

根据数字信号处理的精度运算特点，设置扩展指令的数据处理模式；

对扩展指令的操作类型集合、操作数类型和数据处理模式进行组合，构建扩展指令子集；

根据RISC-V指令集的指令格式，对扩展指令子集进行编码，构建用于数字信号处理的RISC-V指令集。

在一些可选的实施方式中，根据数字信号处理的算法类型，确定数字信号处理的各个核心算法的运算类型，对所有运算类型进行归类和整合，生成用于数字信号处理的扩展指令的操作类型集合。