增強(qiáng)Xtensa可配置處理器系列（Tensilica）
[導(dǎo)讀]增強(qiáng)Xtensa可配置處理器系列（Tensilica）
Tensilica日前宣布，完成對(duì)其Xtensa可配置處理器系列（Xtensa 7和Xtensa LX2）進(jìn)行升級(jí)，添加新硬件選項(xiàng)和軟件增強(qiáng)工具，使其適合更多SoC（片上系統(tǒng)）設(shè)計(jì)工程師的需求。添加功能包括支持新型、更小通用寄存器文件、一個(gè)新型整數(shù)乘法器和除法器運(yùn)算單元、2種新AMBA™（高級(jí)微控制器總線架構(gòu)3.0）總線橋，以及一款易用的新配置工具，該工具可分析C/C++源代碼，并可自動(dòng)建議VLIW（超長(zhǎng)指令字）指令擴(kuò)展，從而代碼性能比通用代碼的提高30%-60%。所有新功能為設(shè)計(jì)工程師提供最高生產(chǎn)能力可配置處理器設(shè)計(jì)環(huán)境，自動(dòng)化確保每顆處理器設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)上皆是正確。
新一代產(chǎn)品代表了Tensilica Xtensa處理器產(chǎn)品線在3個(gè)方面顯著提高，一是對(duì)深入嵌入式‘?dāng)?shù)據(jù)引擎’可配置性更加傾向性支持；二是對(duì)高端系統(tǒng)更加豐富支持；三是顯著增強(qiáng)Tensilica處理器分析、建模和軟件工具。Xtensa可配置處理器目前在多種功能中進(jìn)行生產(chǎn)，諸如簡(jiǎn)單無(wú)高速緩存控制器、中型Linux應(yīng)用處理器、高性能3發(fā)射VLIW通用處理器、音頻DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）、視頻DSP引擎、高性能圖像處理器和高性能網(wǎng)絡(luò)處理器等。
新硬件選項(xiàng)
·Tensilica發(fā)布五種最新硬件選項(xiàng)包括：一個(gè)16-入的寄存器文件、一個(gè)浮動(dòng)的異常矢量選項(xiàng)、一個(gè)小面積乘法器、一個(gè)整數(shù)除法器、以及一種新兼容AMBA橋接器。
·首先，Tensiilca在Xtensa處理器中除已有32-入和64-入可配置選項(xiàng)外，增加一個(gè)小16-入主寄存器文件，使得在實(shí)例化一顆非常小的處理器IP核時(shí)可得到比8位和16位微控制器更小面積和更低功耗，而性能、靈活性和功能相當(dāng)于一顆32位控制器。
·其次，通過(guò)添加浮動(dòng)異常矢量，Tensilica使客戶(hù)們能夠在流片后通過(guò)軟件變動(dòng)異常和中斷句柄存儲(chǔ)器位置。該功能賦予SoC設(shè)計(jì)工程師更多靈活性，并簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
·第三，Tensilica增加一個(gè)小面積、多周期32x32乘法器配置選項(xiàng)，使一種Xtensa配置設(shè)計(jì)面積可以非常小，但在乘法應(yīng)用方面具備很好性能，如MP3解碼。該功能為設(shè)計(jì)工程師提供一種新選項(xiàng)，比已有單周期、完全流水線32位和16位乘法器配置選項(xiàng)面積更小，比用純軟件模擬乘法指令性能更高。
·第四，Tensilica添加一個(gè)小面積除法器配置選項(xiàng)，僅需4000門(mén)。該選項(xiàng)提供一種標(biāo)準(zhǔn)化、強(qiáng)大方式來(lái)提高增強(qiáng)型數(shù)字化應(yīng)用性能，諸如那些運(yùn)行在GPS（全球定位衛(wèi)星）控制器和實(shí)時(shí)控制代碼等典型伺服、發(fā)動(dòng)機(jī)和引擎控制應(yīng)用方面。
·最后，Tensilica添加AMBA 3 AXI橋接器作為一個(gè)點(diǎn)擊可選配置選項(xiàng)。這一選項(xiàng)，加上已有AMBA 2 AHB-lite（先進(jìn)高性能總線子集）橋接器選項(xiàng)，使設(shè)計(jì)工程師能夠無(wú)縫將Xtensa處理器嵌入到基于AMBA系統(tǒng)中，從而簡(jiǎn)化Xtensa處理器與其它AMBA外圍設(shè)備的共同使用。
軟件工具的增強(qiáng)
Tensilica在其軟件開(kāi)發(fā)包和基于Eclipse的Xtensa Xplorer™設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境添加很多顯著增強(qiáng)功能，使其對(duì)那些從未使用過(guò)可配置處理器設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)更簡(jiǎn)單、更快速。處理器配置工具增強(qiáng)最重要一點(diǎn)是針對(duì)Xtensa LX2自動(dòng)可變長(zhǎng)度指令擴(kuò)展（FLIX）生成器，它可對(duì)設(shè)計(jì)工程師目標(biāo)C代碼進(jìn)行分析，并建議VLIW指令規(guī)范，從而顯著加速最關(guān)鍵代碼。通過(guò)允許2條或者3條指令同時(shí)執(zhí)行，F(xiàn)LIX使Xtensa LX2處理器可以像2發(fā)射或3發(fā)射VLIW CPU一樣工作。設(shè)計(jì)工程師通過(guò)采用簡(jiǎn)單通用VLIW指令能夠使通用代碼加速40%-60%。該工具使設(shè)計(jì)工程師無(wú)需以縮小面積為目標(biāo)對(duì)代碼進(jìn)行分析，從而顯著縮短設(shè)計(jì)周期。在處理器IP核已經(jīng)創(chuàng)造了這些新VLIW指令后，軟件開(kāi)發(fā)工程師只需要使用標(biāo)準(zhǔn)Xtensa C/C++編譯器（XCC）來(lái)進(jìn)行Xtensa IP核編程。 XCC能夠自動(dòng)從C/C++代碼中提取指令級(jí)并行機(jī)制，并在任何可能情況下將操作打包進(jìn)VLIW指令集中，而程序員不必修改C/C++代碼應(yīng)用程序，就可以利用VLIW指令擴(kuò)展來(lái)加速代碼。
第二，Tensilica引入“手工合并編輯器”，這是一款圖形化工具，可使SoC設(shè)計(jì)工程師快速且圖形化創(chuàng)造基本運(yùn)算操作鏈條和合并，從而提高性能。例如，基礎(chǔ)ADD和SHIFT操作可被整合為一條ADD_SHIFT指令在一個(gè)周期內(nèi)運(yùn)行。該ADD_SHIFT指令能夠取代2條串行發(fā)射指令（ADD和SHIFT），從而節(jié)省了一個(gè)時(shí)鐘周期并節(jié)約了代碼大小。當(dāng)與FLIX生成器一起工作時(shí)，這條由手工合并編輯器創(chuàng)造的操作合并指令被包含進(jìn)了處理器IP核的RTL代碼中，并被SoC設(shè)計(jì)工程師以芯片的方式實(shí)現(xiàn)。軟件開(kāi)發(fā)工程師僅需要使用標(biāo)準(zhǔn)的Tensilica軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境就可以利用這些新指令。合并指令可自動(dòng)的通過(guò)Xtensa C/C++編輯器（XCC）得到，而無(wú)需修改C/C++應(yīng)用程序。
第三，設(shè)計(jì)工程師利用Xtensa編譯器工具鏈核心部分XCC編譯器對(duì)C/C++源文件進(jìn)行編譯，能夠平均提高20%實(shí)時(shí)編譯速度。這種優(yōu)化編譯器使設(shè)計(jì)工程師們能夠在Xtensa處理器上運(yùn)行他們的C/C++代碼，并利用該處理器所有優(yōu)化結(jié)果。為提高代碼執(zhí)行速度并降低代碼大小，XCC采用復(fù)雜多級(jí)優(yōu)化，諸如功能內(nèi)聯(lián)、軟件流水線、靜態(tài)單一分配形式（SSA）優(yōu)化、以及其他代碼生成技術(shù)等。Tensilica增強(qiáng)功能使XCC不再僅是32位處理器最快編譯器之一，而且能以特別低代碼密度取得最高效率。
第四，Tensilica提供一種新的動(dòng)態(tài)加載器，這是一種在運(yùn)行時(shí)可在不同存儲(chǔ)器地址上加載二進(jìn)制代碼軟件工具。它很有用，例如，對(duì)于音視頻編解碼器，相同編解碼器可以在運(yùn)行時(shí)根據(jù)現(xiàn)有的存儲(chǔ)器情況被加載到不同的存儲(chǔ)空間。
憑借第五種主要增強(qiáng)功能，Tensilica能夠使其周期精確指令集模擬器（ISS）加速15%-30%。同樣，TurboXiim快速功能模擬器也已經(jīng)接受多種可改善其執(zhí)行速度增強(qiáng)功能，而之前TurboXiim已經(jīng)比ISS執(zhí)行速度快50倍。
最后，Xtensa軟件工具發(fā)布同時(shí)通過(guò)增加X(jué)plorer 基于Eclipse IDE可視化和自動(dòng)化高速緩存功耗搜索工具，增強(qiáng)Xenergy功耗估計(jì)工具功能。Xenergy通過(guò)對(duì)每條指令和正在執(zhí)行的應(yīng)用程序所用存儲(chǔ)器存取情況進(jìn)行分析建模，可產(chǎn)生Xtensa處理器和其存儲(chǔ)器子系統(tǒng)代碼程序的功耗分析文件。這一增強(qiáng)功能不僅包括了可視化視圖和功耗分析文件的比較，而且包括可自動(dòng)掃描不同指令和數(shù)據(jù)高速緩存配置，以及顯示應(yīng)用代碼程序功耗分析圖表，該代碼程序是針對(duì)每一高速緩存配置特殊Xtensa配置。Xenergy是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師工具包中頗有價(jià)值一款工具，可在配置一顆Xtensa處理器、編寫(xiě)專(zhuān)用TIE指令、以及決定寫(xiě)存儲(chǔ)器和高速緩存配置方面指導(dǎo)設(shè)計(jì)工程師選擇節(jié)能方案。
新一代產(chǎn)品代表了Tensilica Xtensa處理器產(chǎn)品線在3個(gè)方面顯著提高，一是對(duì)深入嵌入式‘?dāng)?shù)據(jù)引擎’可配置性更加傾向性支持；二是對(duì)高端系統(tǒng)更加豐富支持；三是顯著增強(qiáng)Tensilica處理器分析、建模和軟件工具。Xtensa可配置處理器目前在多種功能中進(jìn)行生產(chǎn)，諸如簡(jiǎn)單無(wú)高速緩存控制器、中型Linux應(yīng)用處理器、高性能3發(fā)射VLIW通用處理器、音頻DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）、視頻DSP引擎、高性能圖像處理器和高性能網(wǎng)絡(luò)處理器等。
新硬件選項(xiàng)
·Tensilica發(fā)布五種最新硬件選項(xiàng)包括：一個(gè)16-入的寄存器文件、一個(gè)浮動(dòng)的異常矢量選項(xiàng)、一個(gè)小面積乘法器、一個(gè)整數(shù)除法器、以及一種新兼容AMBA橋接器。
·首先，Tensiilca在Xtensa處理器中除已有32-入和64-入可配置選項(xiàng)外，增加一個(gè)小16-入主寄存器文件，使得在實(shí)例化一顆非常小的處理器IP核時(shí)可得到比8位和16位微控制器更小面積和更低功耗，而性能、靈活性和功能相當(dāng)于一顆32位控制器。
·其次，通過(guò)添加浮動(dòng)異常矢量，Tensilica使客戶(hù)們能夠在流片后通過(guò)軟件變動(dòng)異常和中斷句柄存儲(chǔ)器位置。該功能賦予SoC設(shè)計(jì)工程師更多靈活性，并簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
·第三，Tensilica增加一個(gè)小面積、多周期32x32乘法器配置選項(xiàng)，使一種Xtensa配置設(shè)計(jì)面積可以非常小，但在乘法應(yīng)用方面具備很好性能，如MP3解碼。該功能為設(shè)計(jì)工程師提供一種新選項(xiàng)，比已有單周期、完全流水線32位和16位乘法器配置選項(xiàng)面積更小，比用純軟件模擬乘法指令性能更高。
·第四，Tensilica添加一個(gè)小面積除法器配置選項(xiàng)，僅需4000門(mén)。該選項(xiàng)提供一種標(biāo)準(zhǔn)化、強(qiáng)大方式來(lái)提高增強(qiáng)型數(shù)字化應(yīng)用性能，諸如那些運(yùn)行在GPS（全球定位衛(wèi)星）控制器和實(shí)時(shí)控制代碼等典型伺服、發(fā)動(dòng)機(jī)和引擎控制應(yīng)用方面。
·最后，Tensilica添加AMBA 3 AXI橋接器作為一個(gè)點(diǎn)擊可選配置選項(xiàng)。這一選項(xiàng)，加上已有AMBA 2 AHB-lite（先進(jìn)高性能總線子集）橋接器選項(xiàng)，使設(shè)計(jì)工程師能夠無(wú)縫將Xtensa處理器嵌入到基于AMBA系統(tǒng)中，從而簡(jiǎn)化Xtensa處理器與其它AMBA外圍設(shè)備的共同使用。
軟件工具的增強(qiáng)
Tensilica在其軟件開(kāi)發(fā)包和基于Eclipse的Xtensa Xplorer™設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境添加很多顯著增強(qiáng)功能，使其對(duì)那些從未使用過(guò)可配置處理器設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)更簡(jiǎn)單、更快速。處理器配置工具增強(qiáng)最重要一點(diǎn)是針對(duì)Xtensa LX2自動(dòng)可變長(zhǎng)度指令擴(kuò)展（FLIX）生成器，它可對(duì)設(shè)計(jì)工程師目標(biāo)C代碼進(jìn)行分析，并建議VLIW指令規(guī)范，從而顯著加速最關(guān)鍵代碼。通過(guò)允許2條或者3條指令同時(shí)執(zhí)行，F(xiàn)LIX使Xtensa LX2處理器可以像2發(fā)射或3發(fā)射VLIW CPU一樣工作。設(shè)計(jì)工程師通過(guò)采用簡(jiǎn)單通用VLIW指令能夠使通用代碼加速40%-60%。該工具使設(shè)計(jì)工程師無(wú)需以縮小面積為目標(biāo)對(duì)代碼進(jìn)行分析，從而顯著縮短設(shè)計(jì)周期。在處理器IP核已經(jīng)創(chuàng)造了這些新VLIW指令后，軟件開(kāi)發(fā)工程師只需要使用標(biāo)準(zhǔn)Xtensa C/C++編譯器（XCC）來(lái)進(jìn)行Xtensa IP核編程。 XCC能夠自動(dòng)從C/C++代碼中提取指令級(jí)并行機(jī)制，并在任何可能情況下將操作打包進(jìn)VLIW指令集中，而程序員不必修改C/C++代碼應(yīng)用程序，就可以利用VLIW指令擴(kuò)展來(lái)加速代碼。
第二，Tensilica引入“手工合并編輯器”，這是一款圖形化工具，可使SoC設(shè)計(jì)工程師快速且圖形化創(chuàng)造基本運(yùn)算操作鏈條和合并，從而提高性能。例如，基礎(chǔ)ADD和SHIFT操作可被整合為一條ADD_SHIFT指令在一個(gè)周期內(nèi)運(yùn)行。該ADD_SHIFT指令能夠取代2條串行發(fā)射指令（ADD和SHIFT），從而節(jié)省了一個(gè)時(shí)鐘周期并節(jié)約了代碼大小。當(dāng)與FLIX生成器一起工作時(shí)，這條由手工合并編輯器創(chuàng)造的操作合并指令被包含進(jìn)了處理器IP核的RTL代碼中，并被SoC設(shè)計(jì)工程師以芯片的方式實(shí)現(xiàn)。軟件開(kāi)發(fā)工程師僅需要使用標(biāo)準(zhǔn)的Tensilica軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境就可以利用這些新指令。合并指令可自動(dòng)的通過(guò)Xtensa C/C++編輯器（XCC）得到，而無(wú)需修改C/C++應(yīng)用程序。
第三，設(shè)計(jì)工程師利用Xtensa編譯器工具鏈核心部分XCC編譯器對(duì)C/C++源文件進(jìn)行編譯，能夠平均提高20%實(shí)時(shí)編譯速度。這種優(yōu)化編譯器使設(shè)計(jì)工程師們能夠在Xtensa處理器上運(yùn)行他們的C/C++代碼，并利用該處理器所有優(yōu)化結(jié)果。為提高代碼執(zhí)行速度并降低代碼大小，XCC采用復(fù)雜多級(jí)優(yōu)化，諸如功能內(nèi)聯(lián)、軟件流水線、靜態(tài)單一分配形式（SSA）優(yōu)化、以及其他代碼生成技術(shù)等。Tensilica增強(qiáng)功能使XCC不再僅是32位處理器最快編譯器之一，而且能以特別低代碼密度取得最高效率。
第四，Tensilica提供一種新的動(dòng)態(tài)加載器，這是一種在運(yùn)行時(shí)可在不同存儲(chǔ)器地址上加載二進(jìn)制代碼軟件工具。它很有用，例如，對(duì)于音視頻編解碼器，相同編解碼器可以在運(yùn)行時(shí)根據(jù)現(xiàn)有的存儲(chǔ)器情況被加載到不同的存儲(chǔ)空間。
憑借第五種主要增強(qiáng)功能，Tensilica能夠使其周期精確指令集模擬器（ISS）加速15%-30%。同樣，TurboXiim快速功能模擬器也已經(jīng)接受多種可改善其執(zhí)行速度增強(qiáng)功能，而之前TurboXiim已經(jīng)比ISS執(zhí)行速度快50倍。
最后，Xtensa軟件工具發(fā)布同時(shí)通過(guò)增加X(jué)plorer 基于Eclipse IDE可視化和自動(dòng)化高速緩存功耗搜索工具，增強(qiáng)Xenergy功耗估計(jì)工具功能。Xenergy通過(guò)對(duì)每條指令和正在執(zhí)行的應(yīng)用程序所用存儲(chǔ)器存取情況進(jìn)行分析建模，可產(chǎn)生Xtensa處理器和其存儲(chǔ)器子系統(tǒng)代碼程序的功耗分析文件。這一增強(qiáng)功能不僅包括了可視化視圖和功耗分析文件的比較，而且包括可自動(dòng)掃描不同指令和數(shù)據(jù)高速緩存配置，以及顯示應(yīng)用代碼程序功耗分析圖表，該代碼程序是針對(duì)每一高速緩存配置特殊Xtensa配置。Xenergy是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師工具包中頗有價(jià)值一款工具，可在配置一顆Xtensa處理器、編寫(xiě)專(zhuān)用TIE指令、以及決定寫(xiě)存儲(chǔ)器和高速緩存配置方面指導(dǎo)設(shè)計(jì)工程師選擇節(jié)能方案。
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