systemC实现RISC处理器

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使用SystemC设计系统级芯的流程

使用SystemC设计系统级芯的流程介绍在芯片设计领域，SystemC是一种常用的硬件描述语言，可用于系统级设计。

本文将介绍使用SystemC设计系统级芯的流程，并通过列点的方式进行详细说明。

设计准备在使用SystemC进行系统级芯设计之前，需要做一些准备工作，包括： - 安装SystemC库：首先要确保在计算机上安装了SystemC库。

- 确定系统级芯需求：明确系统级芯的功能及性能要求。

- 设计规划：确定系统级芯的整体架构和模块划分。

SystemC设计流程使用SystemC设计系统级芯的流程可以分为以下几个步骤：1. 创建SystemC项目首先，在合适的目录下创建一个新的SystemC项目。

2. 创建初始框架在项目中创建初始的SystemC框架，该框架可以包含顶层模块和其他需要的子模块。

3. 抽象设计在SystemC中，通过抽象设计将系统级芯的功能划分为多个模块，每个模块负责一个特定的功能。

可以按照自顶向下的方式进行设计，先设计整个系统的顶层模块，再分别设计其下属的子模块。

4. 模块接口设计设计每个模块的接口，包括输入输出端口和信号通道。

根据系统级芯的功能需求，合理设计模块之间传递数据和控制信息的接口。

5. 模块实现根据抽象设计和模块接口设计的结果，开始实现每个模块的功能。

使用SystemC提供的语言特性和库函数来编写模块的行为和功能。

6. 仿真测试完成每个模块的实现后，进行系统级芯的仿真测试。

使用SystemC提供的仿真器，对整个系统进行功能验证和性能评估。

可以编写测试程序来模拟实际场景，验证系统级芯的正确性和性能。

7. 优化调试在仿真测试过程中，可能会发现一些问题或者性能瓶颈。

根据测试结果，进行优化和调试工作，并进行多轮的仿真测试，直到系统满足设计要求。

8. 集成部署当系统级芯的设计完成后，可以将其集成到整个硬件平台中。

根据具体的系统要求，进行硬件平台的集成和调试工作。

结论使用SystemC进行系统级芯的设计可以帮助我们快速构建复杂的芯片系统，并进行功能验证和性能评估。

某型RISC处理器的设计与实现

某型RISC处理器的设计与实现RISC处理器是一种基于精简指令集的组成结构简单且易于设计的微处理器架构，其运算速度快、性能高、能耗低等优点被广泛应用于计算机领域。

本文将介绍某型RISC处理器的设计与实现过程。

一、需求分析我们设计的RISC处理器要求支持以下指令集：1. 算术运算指令：加法、减法、乘法、除法2. 逻辑运算指令：与、或、非、异或3. 转移指令：无条件转移、条件转移4. 数据传输指令：从内存读取数据、将数据写入内存5. 中断指令：响应中断，调用中断处理程序二、架构设计为了实现上述指令集，我们采用了哈佛结构的存储器系统，将指令存储器和数据存储器分开独立，并且会实现单周期的指令执行流水线。

处理器的架构如下图所示：处理器主要由五个功能模块组成：指令存储器(IMEM)、数据存储器(DMEM)、指令译码器(ID)、执行单元(EX)、中断处理单元(INT)。

IMEM模块用于存储程序指令，DMEM模块用于存储变量和数据。

ID模块负责将指令进行译码，并将操作码和参数传递给执行单元。

EX模块实现算术运算、逻辑运算、转移、数据传输等指令。

INT模块实现中断响应和处理。

三、指令实现1. 加法指令ADD Rd, Rs, Rt ; Rd = Rs + RtADD指令将寄存器Rs和Rt的值相加，将结果存储在寄存器Rd中。

具体实现如下：EX模块内，取出Rs和Rt的值，将其相加，再将结果写回到Rd中。

整个操作仅需要一条指令周期。

2. 乘法指令MUL Rd, Rs, Rt ; Rd = Rs * RtMUL指令将寄存器Rs和Rt的值相乘，将结果存储在寄存器Rd中。

具体实现如下：EX模块内，取出Rs和Rt的值，将其相乘，再将结果写回到Rd中。

整个操作需要多个指令周期。

3. 从内存读取数据LW Rd, offset(Rs) ; Rd = Mem[Rs + offset]LW指令将内存中地址为Rs+offset的数据读取到寄存器Rd中。

处理器知识-RISC和CISC架构分析对比

处理器知识: RISC和CISC架构分析对比CISC(复杂指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机)是当前CPU的两种架构。

它们的区别在于不同的CPU设计理念和方法。

早期的CPU全部是CISC架构，它的设计目的是 CISC 要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。

RISC和CISC是设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差异很大。

x86架构采用CISC，而ARM采用RISC。

ARM成立于1991年，是一家出售IP（技术知识产权）的公司，所谓的技术知识产权，就有点像是卖房屋的结构设计图，至于要怎修改，哪边开窗户，以及要怎加盖其它的花园，就看买了设计图的厂商自己决定。

而ARM的架构是采用RISC架构，如同它的名称一样，Advanced RISC Machines，RISC 架构在当初的PC架构争霸战虽然败给Intel所主导的x86处理器架构，却默默在另外的领域成长壮大；小从硬盘转速控制、电信基地台的计算、汽车喷射引擎的控制、音响系统、相机引擎，大到电动机具的控制等等，都能够看见采用ARM授权架构处理器的身影。

而有了设计图，当然还要有把设计图实现的厂商，而这些就是ARM架构的授权客户群。

包括：高通、华为、联发科、TI、Freescale等。

X86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称，包括Intel8086、80186、80286、80386以及80486以86结尾系列，英特尔统治整个CPU产业链长达数十年。

但是，Intel以增加处理器本身复杂度作为代价，去换取更高的性能，但集成的指令集数量越来越多，给硬件带来的负荷也就越来越大，无形中增加了功耗和设计难度。

ARM（Advanced RISC Machines）公司是苹果、Acorn、VLSI、Technology等公司的合资企业。

CISC处理器和RISC处理器简介

CISC处理器和RISC处理器简介在过去相当长的一段时间里，计算机性能的提高往往是通过不断增加系统硬件的复杂性来实现的。

但是，随着集成电路技术的迅速发展，特别是超大规模集成电路（VLSI）技术的发展，为了提高软件编程的灵活性和提高程序的运行速度，硬件工程师采用的办法是：不断增加可实现复杂功能的指令和多种灵活的编址方式，这样做的直接后果是硬件越来越复杂，硬件设计成本越来越高。

此外，为实现复杂操作，微处理器除了向程序员提供各种寄存器和机器指令功能外，还采用了微程序设计的方法，即将指令功能分解成微操作，将微操作进行编码，然后将编码存入程序ROM中，微命令经过译码后就可以完成相应的功能。

这一设计思路在一定程度上可以降低电路的复杂性，同时也有利于产品的更新换代，但缺点是微命令的实现速度较慢。

这种设计的形式被称为复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）结构，常见的X86就是CISC结构的处理器。

因此，传统处理器设计上曾面临速度、复杂性、设计周期以及产品更新换代等的矛盾。

当计算机的设计沿着这条道路发展时，面对这些问题，有些人开始怀疑这种传统处理器设计做法，重新审视了处理器的设计过程，试图从设计理念上找到解决问题的方法。

IBM公司设在纽约Yorktown的Jhomas I.Wason研究中心于1975年组织力量对指令系统进行了大量研究。

结果表明，软件中大部分的指令为简单指令，约占80%左右，但是这部分简单指令的运行时间占总运行时间的20%左右；软件中复杂指令只占一小部分，占20%左右，但是这部分复杂指令的运行时间却占了总处理器运行时间的80%左右。

因此，人们得出的结论是：从指令集中去掉复杂指令，而复杂指令的功能由软件来实现，这样可以简化电路设计，同时去掉微程序设计，采用硬连控制的方法来进一步提高处理器的运行速度。

但是这其中涉及一个问题：复杂指令功能由软件实现能真正提高处理器的速度吗？答案是肯定的。

在SystemC中用ISS构造处理器模型方法分析

ＡａｓｓｆｒｈｔｏｆｏｓｒｃｉｒｃｓｏｄＩｓｎｙｔｍＣｗｉＳｎｌｉｏｅＭｅｈｄ０ｎｔｔｇＰｏｅｓｒＭｏｅＵｉｇＳｓｅｔＩｙｔＣｕｎｈＳ
ＳＡｕ —ｚｉ，ＡｉＨＯＺｏｈＣＯＸａｏｇ，Ｉｉｕｎｏ—ｌＬＵＬ —ｊａｎ
粒度的处理器模型方法。对封装过程中ＳｓｍｙｅＣ模块与指令集模拟器之间的信息传递与时钟同ｔ步、软件调试器集成、ｙｔＳｓｍＣ进程的选择、程的结构等问题进行了讨论，分别针对指令精确和ｅ进并
周期精确两种类型的指令集模拟器提出了相应的解决方法。关键词：指令集仿真器；ｏＳＣ系统级设计中图分类号：Ｎ０Ｔ４２文献标识码：Ｂ文章编号：０２— ２９２０）３— ０１０１０２７（０６０００ — ３
ＳｓｅｄｌｔｌｃｃｕａｅｇａｕａｔｙｔｍＣｍｏｕｅｗｉｃｏｋａｃｒｔｒｎｌｒｙ．Ｄｉｃｓｅｈｓｕｓｉｏｖｓｔｅｔｐｃｗｈｃｒｎｏ－ｈｉｓｕｓｄｔｅｉｓｅｎｖｌｅｏｉｉｈａｅｉｆｒｈｍａｉｎｔａｓｅｅｗｅｎＩｎｙｅｔｏｒｎｆｒｂｔｅＳＳａｄＳｔｍＣｄｌｔｅｃｏｋｓｎｈｏｏｓ，ｃｏｃｆＳｓｅｍｏｕｅ，ｌｃｙｃｒｎｕｈｈｉｅｏｙｔｍＣｒｃｓｈｅｐｏｅｓ，ｔｓｒｃｕｅｏｈｏｅｓ，ｅｉｔｇａｉｎｏｏｔｒｅｕｇｒＡｎｉｅｏｕｉｎｏｌｏｈｍｎｅＡｔｕｔｒｆｔｅｐｒｃｓｔｎｅｔｏｆｓｆｈｒｗａｅｄｂｅ．ｄｇｖｓｓｌｔｏｓｆｒａｌｆｔｅｕｄｒＩ

ASIC

16位冯·诺依曼结构RISC-CPU设计ASIC设计技术课程报告注：程序请联系本人索要水平有限，请海涵16位冯•诺依曼结构RISC-CPU设计摘要：探讨了一种基于SystemC的RISC-CPU建模方法，设计利用SystemC作为开发语言，Visual Stdio 6.0作为开发平台。

该模型基本达到了RISC-CPU的初步功能要求，为程序提供了一个简易的CPU模拟平台，减少了软硬件协同设计的周期，这对片上系统SOC的实现具有重要的意义关键词：SystemC、精简指令集、软硬件协同设计目录一、SystemC和RISC简介 .............................................................................. - 2 -二、系统设计思路............................................................................................. - 3 -三、模块设计..................................................................................................... - 5 -四、不足及改进................................................................................................. - 7 -五、心得体会..................................................................................................... - 7 -一、SystemC和RISC简介1.SystemCSystemC是一种软/硬件协同设计语言,一种新的系统级建模语言。

RISC和CISC的区别

RISC和CISC的区别RISC的简介RISC(reduced instruction set computer，精简指令集计算机)是一种执行较少类型计算机指令的微处理器(如下图)起源于80年代的MIPS主机，RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。

这样一来，它能够以更快的速度执行操作(每秒执行更多百万条指令，即MIPS)。

因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。

RISC的简单使得在选择如何使用微处理器上的空间时拥有更多的自由。

比起从前，高级语言编译器能产生更有效的代码，因为编译器使用RISC机器上的更小的指令集。

RISC微处理器不仅精简了指令系统，采用超标量和超流水线结构；它们的指令数目只有几十条，却大大增强了并行处理能力。

如：1987年Sun Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。

而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构，这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。

RISC处理器是当今UNIX领域64位多处理机的主流芯片。

其特点主要有：一，由于指令集简化后，流水线以及常用指令均可用硬件执行；二，采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之间进行，提高了处理速度；三，采用缓存-主存-外存三级存储结构，使取数与存数指令分开执行，使处理器可以完成尽可能多的工作，且不因存储器存取信息而放慢处理速度。

由于RISC处理器指令简单、采用硬布线控制逻辑、处理能力强、速度快，世界上绝大部分UNIX工作站和服务器厂商均采用RISC芯片作CPU用。

RISC芯片的工作频率一般在400MHZ数量级。

时钟频率低，功率消耗少，温升也少，机器不易发生故障和老化，提高了系统的可靠性。

单一指令周期容纳多部并行操作。

在RISC微处理器发展过程中。

曾产生了超长指令字(VLIW)微处理器，它使用非常长的指令组合，把许多条指令连在一起，以能并行执行。

MIPS 处理器的SystemC 实现_孙伟斌.pdf

MIPS 处理器的SystemC实现学号：1060379012 孙伟斌 B0603791前言这篇文档讲述了如何使用SystemC来实现一个多周期的流水MIPS处理器。

通过对MIPS处理器的五步进行描述，本文详细阐述了作业中的SystemC实现如何来构建者五步流水中的每一个细节。

对于流水中的一些问题，如Hazard等的处理，本文中也在讲述流水实现时作了具体的解释。

作业中使用SystemC2.1来实现一个MIPS的逻辑仿真。

第一节 SystemC概述SystemC是一个C++库，里面定义了一系列的类，用来对系统进行建模，SystemC主要是对系统进行逻辑验证。

工业中构建芯片或系统，可以先使用SystemC来建立它的逻辑模型，经过各方面验证正确后可以进行实际设计。

SystemC构建的系统是由Module构成的，Module就是系统的各个模块，模块可大可小，而模块与外界交互的通道是Port，端口。

端口负责输入输出，就像我们的I/O端口一样。

模块内部的处理流程被构建为一个SC_METHOD，输入的数据经过其加工作为输出。

而模块之间通过Signal，信号来进行连接，我们看线路图上的连线，就可以认为是SystemC中的Signal。

我们使用SystemC来构建MIPS，就是用模块来模拟CPU的各个部件，用端口来模拟部件的输入输出，用信号来模拟部件之间的连线。

第二节 MIPS架构这一节来介绍要模拟的MIPS的架构图。

MIPS是一个RISC处理器，因此David Patterson的教材中提到的一个典型的MIPS的特性都体现在我们要实现的CPU中，我们参考李亚明的设计来实现MIPS：这个设计实现的是一个五级流水的MIPS，这五个步骤分为IF、ID/Reg、EXE、MEM与WB阶段，是一个简单的流水设计。

我们在这个系统上不仅实现了流水，还实现了解决Data Hazard的Forwarding以及解决Control Hazard的Delayed Branch技术。

risccpu原理

risccpu原理
RISC-V（读作“RISC-FIVE”）是基于精简指令集计算（RISC）原理建立的开放指令集架构（ISA）。

与大多数ISA相反，RISC-V ISA可以免费地用于所有希望的设备中，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。

RISC-V的最大特点是指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少，
大多数是简单指令且都能在一个时钟周期内完成，易于设计超标量与流水线，寄存器数量多，大量操作在寄存器之间进行。

基于RISC-V指令集架构可以设计服务器CPU，家用电器CPU，工控CPU
和用在比指头小的传感器中的CPU。

RV32I 基本整数指令集RV32I 被设计
成足以构建一个编译器目标机，并支持现代操作系统环境。

这个ISA也被设计成在最小实现时减少所需的硬件。

以上内容仅供参考，可以查阅关于RISC-V的书籍、文献或网站，以获取更全面的信息。

systemc gcc编译

systemc gcc编译
SystemC是一种开源的硬件描述语言，它提供了一套用于建模和仿真硬件系统的类库。

SystemC是用C++编写的，并且扩展了C++语言，以便更好地支持硬件建模和仿真。

GCC是一种开源的编译器套件，它被广泛用于编译C和C++程序。

SystemC和GCC是两个独立的项目，但它们在硬件建模和仿真方面有着密切的关联。

SystemC提供了一种方便的方式来描述和建模硬件系统，而GCC则提供了一种强大的工具来编译和优化SystemC代码。

使用SystemC和GCC可以实现许多硬件相关的任务。

比如，可以用SystemC来建模一个处理器的指令集架构，并使用GCC来编译和优化该指令集架构的软件。

这样可以更好地理解和优化硬件和软件之间的交互。

除了建模和仿真硬件系统，SystemC和GCC还可以用于其他许多领域。

比如，可以使用SystemC和GCC来开发嵌入式系统，编译和优化嵌入式软件。

此外，SystemC和GCC还可以用于开发网络协议和通信系统，编译和优化网络应用程序。

SystemC和GCC是两个重要的工具，它们在硬件建模和仿真方面有着密切的关联。

通过使用SystemC和GCC，可以更好地理解和优化硬件系统，并开发出高效的软件应用程序。

无论是在嵌入式系统领
域还是在网络通信领域，SystemC和GCC都发挥着重要的作用。

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HDL
1. Conceptualize 2. Simulate in C++ 3. Write specification
document
5. Understand 6. (Re)Implement in HDL 7. (Re)Verify 8. Synthesize from HDL
Problems:Written specifications are incomplete and inconsistent Translation to HDL is time consuming and error prone
Reference: Wang(Synopsys)
3
Why C/C++ Based Design
Specification between architect and implementer is executable High simulation speed at the higher level of abstraction Refinement, no translation into HDL (no „semantic gap“) Testbench re-use
Modeling at high level of abstraction (e.g. communication protocols) Refinement to hardware Software modeling - interrupts, exception handling System wide verification Hardware/Software co-verification IP exchange
Purely Algorithm /Software in C++
What is SystemC ?
HW/SW partitioning
High Level Abstract Hardware Model in SystemC
C++ Software Model
Behavioral Level Hardware Model in SystemC
Include any C++ programs, libraries, encapsulation ... a methodology for modeling SoC designs consisting DSPs, ASICs, IP-Cores, Interfaces, ...
SystemC also enables
Refinement
IC Development Hardware Implementation Decisions Done mainly in Verilog/VHDL EDA Environment
Reference: Wang(Synopsys)
The Verification Process
Reactivity
Hardware is inherently reactive, it responds to stimuli and is in constant interaction with its environment, which requires handling of exceptions.
HDL Design Netlist Layout Silicon
Executable Spec Potential
Example: Cerberus_FPI(ca.6000 Lines of Code)
Reference: Infineon
5
Can C++ be used as is ?
C++ does not support
Hardware data types
Bit type, bit-vector type, multi-valued logic type, signed and unsigned integer types and fixed-point types.
SystemC vs. SpecC
Constructs to model system architecture
Refine and Test the implementation of the Specification
Test automation improves Time-To-Market
4
Executable Spec Motivation
Customer System
Paper Spec
HDL Design Netlist Layout Silicon
SystemC provides all the advantages of Verilog and VHDL
Concurrent processes (e.g. methods, threads, clocked threads) Concept of a clock Wide variety of bit-true data types
Hardware style communication
Signals, protocols, etc.
Notion of time
Time sequenced operations.
Concurrency
Hardware and systems are inherently concurrent, i.e. they operate in parallel.
Typical SoC Device
(source: ARM Ltd.)
1
SoC Design Flow
Reference:Rosenfield (SystemC,Europe)
Design Process Today
Refinement Manual Translation
System Level Design Hardware and Software Algorithm Development Processor Selection Done mainly in C/C++ C/C++ Environment
6
SystemC is …
C++ Class Library use for
Cycle-Accurate model for Software Algorithm Hardware Architecture Interface of SoC (System-on-Chip) System-level designs Executable Specification
Avoids unspecified parts and inconsistencies IP customer can evaluate the functionality up-front
Validate system functionality before implementation
Early feedback from customer Create early model and Validate system performance
KDEC Technical Seminar
SystemC Overview & Example : 8-Bit RISC System Design
KDEC http://asic.khu.ac.kr
Kook,ilho goodkook@nms.anslab.co.kr AnsLab Co. http://www.anslab.co.kr
Verification, Error Checking Bottleneck (SystemCTM)
Test automation: C-Interface (PLI/FLI), Coverage Test
Reference: Mayer(Infineon)
Customer System
Executable Spec
C/C++
System Architect
SoC
Design
C/C++
Marketing & Sales
HDL
Software Designer
Reference: Wang(Synopsys)
Hardware Designer
Using Executable Specifications
Ensure COMPLETENESS of Specification
5. Understand 6. Refine in C++ 7. Verify reusing testbenches 8. Synthesize from C++
TTuurrnniinngg AAllggoorriitthhmmss iinnttoo tthhee RRiigghhtt AArrcchhiitteeccttuurreess ffoorr AASSIICCss qquuiicckkeerr aanndd bbeetttteerr
SystemC IS NOT
Another C++ dialect -> it is C++ Just for hardware modeling only -> you can model hardware AND software in C++ with SystemC
7
Short History of SystemCTM
Even components(e.g. Peripherals) are so COMPLEX Create a program that Behave the same way as the system