一种电力专用DSP指令集的设计及应用方法技术

本发明专利技术属于DSP设计技术领域，具体涉及一种电力专用DSP指令集的设计及应用方法，设计方法包括设计通用寄存器、采用超长指令字技术设计将标量指令成VILW指令和采用单指令多数据流技术设计矢量指令，本发明专利技术设计了矢量指令，可优化电力应用算法中大量存在的矢量运算。且采用超长指令字（VLIW）技术，由编译器决定指令间的执行顺序，避免了设计复杂的硬件指令调度器，支持两种指令格式：四槽VLIW指令和两槽立即指令；多种指令格式可实现更紧凑的指令编码，优化操作数不足时无法充分利用编码空间的情况，指令格式定义时对每个操作的支持类型做了限定，而不是支持所有操作，既可以降低设计复杂度，也可以充分利用寄存器和运算资源。源。源。

【技术实现步骤摘要】
一种电力专用DSP指令集的设计及应用方法


[0001]本专利技术属于DSP设计
，具体涉及一种电力专用DSP指令集的设计及应用方法。

技术介绍

[0002]目前，DSP以其强大的实时数据处理能力已经广泛应用于无线通信、语音识别、多媒体、英特网以及国防领域。通用的DSP的可执行程序不具备电力专用的特性，传统的CPU采用无流水线的标量架构，没有矢量运算，每次按序执行一条指令，会存在资源利用效率低和性能差等问题。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种电力专用DSP指令集的设计及应用方法，具体技术方案如下：一种电力专用DSP指令集的设计方法，包括以下步骤：S1：设计DSP的通用寄存器；所述通用寄存器包括16个32
‑
bits的数据寄存器、8个地址寄存器、8个变址寄存器、1个PC寄存器、1个SP寄存器、1个LR寄存器、8个1
‑
bit的条件寄存器以及2个256
‑
bits的向量寄存器；S2：设计DSP的标量指令，所述标量指令采用超长指令字技术设计成VILW指令；支持两种指令格式：四槽 VLIW 指令和两槽立即指令；S3：设计矢量指令，所述矢量指令采用单指令多数据流技术设计。
[0004]优选地，所述256
‑
bits的向量寄存器为8*32
‑
bits的向量寄存器。
[0005]优选地，所述8个1
‑
bit的条件寄存器以及2个256
‑
bits的向量寄存器是专门用于单指令多数据流操作。
[0006]优选地，所述标量指令包括控制指令、标量算术指令、标量读写指令、标量逻辑指令。
[0007]优选地，还包括设计一次性加载8个32bit数据至向量寄存器的load操作以及向量模式下的乘加操作。
[0008]优选地，所述乘加操作具体为先计算两个8*32
‑
bits数据的乘，得到8*64
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bits的数据，再输出其与输入的8*64
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bits数据的加法结果。
[0009]优选地，所述矢量指令主要包括矢量算术指令 、矢量读写指令。
[0010]一种电力专用DSP指令集的应用方法，包括以下步骤：S1：主CPU准备好计算参数和系数表，配置DSP模式和初始化DSP的指令存储器和数据存储器；S2：主CPU根据可执行代码段的需要依序选择调用权利要求1
‑
7任一所述的设计方法中的矢量算术指令、矢量读写指令、标量读写指令、标量逻辑指令；S3：将相应的被选择的或被调用的矢量算术指令、矢量读写指令、标量读写指令、
标量逻辑指令写入到指令寄存器，将变量数据段写入到数据寄存器，将自定义数据段存入到数据寄存器；S4：主CPU配置DSP寄存器来启动DSP，等待计算执行完成的中断信号，DSP支持Ping
‑
Pong运行模式，即在本次待计算数据的计算过程中写入下一次待计算数据；S5：主CPU收到DSP执行完成的中断信号后，读出计算结果，并根据任务的完成情况，选择是否需要再次配置启动DSP。
[0011]本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种电力专用DSP指令集的设计及应用方法，设计方法包括设计通用寄存器、采用超长指令字技术设计将标量指令成VILW指令和采用单指令多数据流技术设计矢量指令，本专利技术设计了矢量指令，可优化电力应用算法中大量存在的矢量运算，如快速傅里叶变换、均方差、全周积分算法等。且采用超长指令字（VLIW）技术，由编译器决定指令间的执行顺序，避免了设计复杂的硬件指令调度器，支持两种指令格式：四槽 VLIW 指令和两槽立即指令；多种指令格式可实现更紧凑的指令编码，优化操作数不足时无法充分利用编码空间的情况，指令格式定义时对每个操作的支持类型做了限定，而不是支持所有操作，既可以降低设计复杂度，也可以充分利用寄存器和运算资源。
[0012]应用方法根据电力设备计算需求，定制设计矢量运算指令，提高了设备对特定计算需求的计算处理速度，使得设备的响应能力快速提高。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0014]图1为本专利技术的指令集设计流程图；图2为矢量指令设计原理图；图3为本专利技术指令集的应用流程图；图4为设计的电力专用定制DSP核结构图；图5为电力专用DSP设计与应用时软硬件环境图。
具体实施方式
[0015]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0016]应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和
ꢀ“
包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0017]还应当理解，在本专利技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术。如在本专利技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0018]还应当进一步理解，在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是
指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0019]如图1所示，本专利技术的具体实施方式提供了一种电力专用DSP指令集的设计方法，包括以下步骤：S1：设计DSP的通用寄存器；所述通用寄存器包括16个32
‑
bits的数据寄存器、8个地址寄存器、8个变址寄存器、1个PC寄存器、1个SP寄存器、1个LR寄存器、8个1
‑
bit的条件寄存器以及2个256
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bits的向量寄存器；所述256
‑
bits的向量寄存器为8*32
‑
bits的向量寄存器。所述8个1
‑
bit的条件寄存器以及2个256
‑
bits的向量寄存器是专门用于单指令多数据流操作。
[0020]S2：设计DSP的标量指令，所述标量指令采用超长指令字技术设计成VILW指令；所述标量指令包括控制指令、标量算术指令、标量读写指令、标量逻辑指令，指令示例与操作对象如下表2所示。电力专用DSP采用超长指令字（VLIW）技术，集成4路VLIW解码器，数据读写占用2路，逻辑运算占用2路，利用指令集并行来提高处理器性能。VILW指令主要包括算术指令、比较指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力专用DSP指令集的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：设计DSP的通用寄存器；所述通用寄存器包括16个32
‑
bits的数据寄存器、8个地址寄存器、8个变址寄存器、1个PC寄存器、1个SP寄存器、1个LR寄存器、8个1
‑
bit的条件寄存器以及2个256
‑
bits的向量寄存器；S2：设计DSP的标量指令，所述标量指令采用超长指令字技术设计成VILW指令；支持两种指令格式：四槽 VLIW 指令和两槽立即指令；S3：设计矢量指令，所述矢量指令采用单指令多数据流技术设计。2.根据权利要求2所述的一种电力专用DSP指令集的设计方法，其特征在于：所述256
‑
bits的向量寄存器为8*32
‑
bits的向量寄存器。3.根据权利要求2所述的一种电力专用DSP指令集的设计方法，其特征在于：所述8个1
‑
bit的条件寄存器以及2个256
‑
bits的向量寄存器是专门用于单指令多数据流操作。4.根据权利要求1所述的一种电力专用DSP指令集的设计方法，其特征在于：所述标量指令包括控制指令、标量算术指令、标量读写指令、标量逻辑指令。5.根据权利要求3所述的一种电力专用DSP指令集的设计方法，其特征在于：还包括设计一次性加载8个32bit数据至向量寄存器的loa...

【专利技术属性】
技术研发人员：周柯，习伟，金庆忍，姚浩，王晓明，莫枝阅，李肖博，蔡田田，吴丽芳，于杨，王泽宇，
申请(专利权)人：南方电网数字电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：