一种可重构专用处理器核的功能模拟器制造技术

本发明专利技术涉及可重构专用处理器核的功能模拟器，包括：对外接口模块，模拟可重构专用处理器核内部寄存器组和内部SRAM的功能，接收需要模拟的配置指令，根据所述配置指令解析得到的任务信息，并将所述任务信息写入一个全局的任务队列；控制模块，模拟可重构专用处理器核内部主控制器的功能，根据所述任务队列在各模块之间传递所述任务信息，从所述任务队列获取当前需要执行的运算任务和即将进行的运算任务，调度运算实现模块执行运算任务；运算实现模块，执行若干种算法输出运算结果数据与运算状态，并执行任务信息、运算结果数据的搬运。有益效果为：模拟速度更快，便于系统级调试和优化；有助于提高效率和节约成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可重构专用处理器核的功能模拟器，适用于可重构专用处理器核的软件系统开发设计。技术背景在传统SoC系统开发中，软件设计必须要等到整个硬件完成之后才能够进行，这使得整个开发周期变得很长。为了解决这一问题，目前基于SystemC的软硬件协同设计方法变得日趋热门。但即使如此，一旦需要进行整个系统的仿真（包括操作系统、驱动、API及应用程序），基于SystemC的模拟器往往要消耗很长的时间，尤其是周期精确的模拟器。这极大的影响着软件开发的进度。是一个广泛使用的开源计算机模拟器和虚拟机软件。它可以对各种架构的处理器，以及必要的子系统，如网卡等设备进行模拟仿真，资源丰富、仿真速度快。QEMU分为用户模式仿真（user mode emulation）和全系统仿真(full system emulation)两种运行模式：在用户模式仿真下，QEMU能启动那些为不同中央处理器编译的程序；在全系统仿真下，QEMU可以让用户对整个系统，包括中央处理器、外设以及操作系统等整个完整系统进行仿真，极大的方便了对系统源代码进行测试和纠错的工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服以上现有技术的不足之处，为可重构专用处理器核进行整个系统的仿真提供一个快速的模拟器，也为API以及软件应用在硬件开发板就位前进行开发和测试提供一个高效可用的平台。具体有以下技术方案实现：所述可重构专用处理器核的功能模拟器，所述可重构专用处理器核包括寄存器组、SRAM、主控制器以及重构控制器，所述可重构专用处理器核的功能模拟器包括：对外接口模块，模拟可重构专用处理器核内部寄存器组和内部SRAM的功能，接收需要模拟的配置指令，根据所述配置指令解析得到的任务信息，并将所述任务信息写入一个全局的任务队列；控制模块，模拟可重构专用处理器核内部主控制器的功能，根据所述任务队列在各模块之间传递所述任务信息，从所述任务队列获取当前需要执行的运算任务和即将进行的运算任务，调度运算实现模块执行运算任务；运算实现模块，模拟可重构专用处理器核内部的重构控制器、DMA和可重构阵列的功能，执行若干种算法输出运算结果数据与运算状态，并执行任务信息、运算结果数据的搬运；所述可重构专用处理核的功能模拟器的进一步设计在于，所述控制模块包括运算控制单元和状态控制单元，运算控制单元根据所述任务信息完成算法的调度与工作模式的管理，所述工作模式包括主模式、从模式以及调试模式；状态控制模块根据运算实现模块的运算状态更新模拟器的对外状态，所述对外状态包括空闲状态、忙状态、完成状态，并根据对应的对外状态发出中断所述可重构专用处理核的功能模拟器的进一步设计在于，对外接口模块包括内部存储单元和寄存器单元，分别对应地模拟SRAM和寄存器组；内部存储单元在调试模式下，支持外界对可重构专用处理器核内SRAM的访问，提供运算实现模块的运算内存空间；寄存器组模块模拟可重构专用处理器核的寄存器组，同时解析配置指令并输出，添加算法运算的任务信息。所述可重构专用处理核的功能模拟器的进一步设计在于，运算实现模块包括可实现十七种算法单元的运算集合功能块，所述算法单元分别为：FFT/IFFT运算、向量自相关运算、互相关运算、加减法运算、乘法运算、矩阵求逆运算、加减法运算、乘法运算、点乘运算、协方差运算、实数/复数FIR运算、实数/复数多普勒FIR运算、定浮转换运算以及复数求模运算。所述可重构专用处理核的功能模拟器的进一步设计在于，所述运算集合功能块中，每个算法单元都单独包含了该算法的运算实现和数据搬运；运算实现中，每个算法单元都根据对应算法的复杂度以及数据规模，将算法的步骤以及调试模式下运算断点的进行划分，控制模块通过调用具体的算法步骤进行各个步骤的运算实现。所述可重构专用处理核的功能模拟器的进一步设计在于，运算实现模块中的每个算法单元在计算时使用内部存储单元模拟的SRAM作为运算内存，内部存储单元为运算实现模块提供了直接访问其内存的指针，用于绕过内部存储区模块的读写函数对其直接访存。所述可重构专用处理核的功能模拟器的进一步设计在于，控制模块的运算控制单元在调度按步骤划分执行的算法单元的运算实现时，通过定时器进行周期性的定时处理：在定时器每次到达设定值时发出中断，运算控制模块根据所述中断通过对外接口模块调度运算集合功能块完成指定算法的指定步骤后，进入所述空闲状态等待下一次中断，由此不断循环，直到整个运算完成。本专利技术的优点如下：1、本专利技术采用功能模拟器的设计思路，精简了可重构专用处理器核外部不可见的细节，提高了模拟速度；2、本专利技术满足了可重构专用处理器核整个系统仿真的需求，并可以在硬件开发板就位前，给软件工程师提供一个可用的开发平台；3、本专利技术基于开源虚拟机QEMU实现，具有丰富的资源可以配合使用，搭建更为简单。附图说明图1是可重构专用处理器核的硬件架构图。图2是模拟器与可重构专用处理器核内部模块的映射关系图。图3是模拟器内部模块层次示意图。图4是算法单元运算量划分前运行状态示意图。图5是模拟器功能测试结果。图6是相同PC机下模拟器性能测试结果比对。具体实施方案下面结合附图对本专利技术方案进行详细说明。本实施例提供的可重构专用处理器核的功能模拟器的模拟目标是可重构专用处理器核，其硬件架构如图1所示。该处理器核主要由寄存器组、SRAM、主控制器以及重构控制器组成，采用运行时动态可重构技术，利用其内部的可重构单元，它可以实现算法到计算引擎的空间映射，提高整个处理器的灵活性和资源利用率。可重构专用处理器实现了常用信号处理算法的硬件加速，如FIR算法、相关算法、FFT/IFFT、矩阵类运算等。其粗粒度的可重构设计，可以通过粗粒度的静态配置方式改变其内部运算单元的拓扑结构和互联关系，实现各个算法运算硬件资源的复用，以此满足信号处理算法实时性的要求。本实施例提供的可重构专用处理器核的功能模拟器，基于QEMU实现，依照访问、运算和控制的三大功能特点，剔除该处理器核外部不可见的运行细节，将模拟器抽象为对外接口模块、运算实现模块、控制模块三个部分。对外接口模块是硬件结构里寄存器和内部SRAM的映射，是模拟器可以被外界访问的部分，接收需要模拟的配置指令，根据配置指令解析得到的任务信息，并将所述任务信息写入一个全局的任务队列。运算实现模块是重构控制器、DMA和可重构阵列的映射，是算法运算的实现部分，执行若干种算法输出运算结果数据与运算状态，并执行任务信息、运算结果数据的搬运。控制模块是主控制器的映射，是整个模拟器的内部流程的控制和状态的控制部分，根据所述任务队列在各模块之间传递所述任务信息，从所述任务队列获取当前需要执行的运算任务和即将进行的运算任务，调度运算实现模块执行运算任务，参见图2。进一步的，如图3，对外接口模块分为寄存器组单元和内部存储单元两个部分。寄存器组单元负责模拟可重构专用处理器内部的寄存器组。可重构专用处理器内部的寄存器组包括设备配置寄存器、运算配置寄存器、状态寄存器、异常中断寄存器和主模式基地址寄存器。外部可以通过总线对这些模拟的寄存器进行读写，实现状态读取和指令写入等操作。同时，该模块负责解析配置进来的指令，通过运算任务队列增加模拟器将要执行的运算任务。运算实现模块，是整个模拟器的核心运算部分，由运算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重构专用处理器核的功能模拟器，所述可重构专用处理器核包括寄存器组、SRAM、主控制器以及重构控制器，其特征在于所述可重构专用处理器核的功能模拟器包括：对外接口模块，模拟可重构专用处理器核内部寄存器组和内部SRAM的功能，接收需要模拟的配置指令，根据所述配置指令解析得到的任务信息，并将所述任务信息写入一个全局的任务队列；控制模块，模拟可重构专用处理器核内部主控制器的功能，根据所述任务队列在各模块之间传递所述任务信息，从所述任务队列获取当前需要执行的运算任务和即将进行的运算任务，调度运算实现模块执行运算任务；运算实现模块，模拟可重构专用处理器核内部的重构控制器、DMA和可重构阵列的功能，执行若干种算法输出运算结果数据与运算状态，并执行任务信息、运算结果数据的搬运。

【技术特征摘要】
1.一种可重构专用处理器核的功能模拟器，所述可重构专用处理器核包括寄存器组、SRAM、主控制器以及重构控制器，其特征在于所述可重构专用处理器核的功能模拟器包括：对外接口模块，模拟可重构专用处理器核内部寄存器组和内部SRAM的功能，接收需要模拟的配置指令，根据所述配置指令解析得到的任务信息，并将所述任务信息写入一个全局的任务队列；控制模块，模拟可重构专用处理器核内部主控制器的功能，根据所述任务队列在各模块之间传递所述任务信息，从所述任务队列获取当前需要执行的运算任务和即将进行的运算任务，调度运算实现模块执行运算任务；运算实现模块，模拟可重构专用处理器核内部的重构控制器、DMA和可重构阵列的功能，执行若干种算法输出运算结果数据与运算状态，并执行任务信息、运算结果数据的搬运。2.根据权利要求1所述的可重构专用处理核的功能模拟器，其特征在于：所述控制模块包括运算控制单元和状态控制单元，运算控制单元根据所述任务信息完成算法的调度与工作模式的管理，所述工作模式包括主模式、从模式以及调试模式；状态控制模块根据运算实现模块的运算状态更新模拟器的对外状态，所述对外状态包括空闲状态、忙状态、完成状态，并根据对应的对外状态发出中断。3.根据权利要求1所述的可重构专用处理核的功能模拟器，其特征在于：对外接口模块包括内部存储单元和寄存器单元，分别对应地模拟SRAM和寄存器组；内部存储单元在调试模式下，支持外界对可重构专用处理器核内SRAM的访问，提供运算实现模块的运算内存空间；寄存器组模块模拟可重构专用处理器核的...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘红兵，李可生，李丽，杨博，陈辉，徐天伟，陆振飞，唐海亮，何书专，李伟，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32