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目录出版者的话专家指导委员会译者序译者简介审校者简介序言一序言二前言第1章 为什么需要新的SOC设计方法学1

1.1 百万门SOC的时代1

1.1.1 摩尔定律意味着机遇和危机2

1.1.2 发展障碍1：设计了错误的芯片3

1.1.3 发展障碍2：用错误的方法设计芯片3

1.2 SOC设计的基本趋势4

1.2.1 为每个系统设计一个新的SOC是糟糕的想法5

1.2.2 SOC设计改革：更低的设计成本和更大的设计灵活性5

1.2.3 并发性6

1.2.4 可编程性7

1.2.5 可编程性和效率7

1.2.6 SOC设计成功的关键：特定领域的灵活性10

1.3 当前的SOC设计方法存在什么问题11

1.3.1 传统的处理器存在什么问题12

1.3.2 传统的SOC设计方法存在什么问题13

1.4 概述：改进的SOC设计方法学15

1.4.1 SOC设计流程15

1.4.2 可配置的处理器作为组成模块16

1.4.3 一个普通的例子17

1.4.4 专用处理器配置的结果17

1.4.5 处理器作为SOC的组成模块19

1.4.6 解决系统设计问题19

1.4.7 改进的SOC设计方法的涵义22

1.4.8 向基于处理器的SOC设计的转变24

1.5 进一步的阅读资料24

第2章 当前的SOC设计26

2.1 硬件系统结构26

2.1.1 当前RTL的使用情况如何27

2.1.2 控制、数据通路和存储器28

2.1.3 硬件趋势29

2.2 软件结构29

2.3 当前的SOC设计流程32

2.4 半导体经济学的影响35

2.5 SOC设计的6个主要问题36

2.5.1 不断变化的市场需求36

2.5.2 不足的产品产量和寿命37

2.5.3 半导体供应链的不灵活性37

2.5.4 不足的性能、效率和成本38

2.5.5 设计和验证中的风险、成本和延迟38

2.5.6 硬件和软件设计团队之间协作不足39

2.6 进一步的阅读资料40

2.5.7 6个问题的解决40

第3章 SOC设计的新视角41

3.1 以处理器为中心的SOC架构基础41

3.2 为传统的软件任务加速处理器45

3.2.1 通用处理器的发展过程45

3.2.2 阐述可配置性和可扩展性46

3.2.3 处理器可扩展性46

3.2.4 设计者定义的指令集47

3.2.5 存储器系统和可配置性48

3.2.6 可配置处理器的起源49

3.3 例子：用EEMBC基准测试Tensilica Xtensa处理器50

3.3.1 EEMBC消费类基准51

3.3.2 电信52

3.3.3 EEMBC网络基准53

3.3.4 作为RTL替代品的处理器54

3.4.1 可用的并发性56

3.4 多处理器系统设计56

3.4.2 并行性和功率57

3.4.3 多处理器设计方法的实际视点58

3.4.4 划分的形式58

3.4.5 处理器接口和互连60

3.4.6 任务间通信63

3.5 SOC设计方法的新要素63

3.5.1 SOC设计流程64

3.5.2 新流程的基本步骤65

3.6 解决6个问题66

3.6.1 提高SOC的可编程性66

3.6.2 创建优化平台以积累产品产量66

3.6.4 优化处理器的性能和效率67

3.6.3 为取得供应优势使用可移植IP模块67

3.6.5 用调整过的处理器代替硬连线设计68

3.6.6 用以处理器为中心的SOC方法统一硬件和软件68

3.6.7 复杂SOC和6个问题68

3.7 进一步的阅读资料68

第4章 复杂SOC的系统级设计71

4.1 复杂SOC系统架构的机遇72

4.1.1 并行设计的基本过程73

4.1.2 SOC——组件交互网络73

4.1.3 硅尺寸缩小对系统划分的影响75

4.1.4 为什么用多处理器75

4.1.5 并行性和系统架构的种类76

4.1.6 迟滞、带宽和通信结构78

4.1.7 SOC通信架构中的可靠性和可缩放性82

4.1.8 通信编程灵活性83

4.1.9 交互机制的早期绑定和晚期绑定84

4.2 以处理器为中心的SOC组织中的主要决定85

4.2.1 出发点：基本接口和计算86

4.2.2 并行化任务88

4.2.3 将任务分配到处理器上89

4.2.4 选择合适的通信结构93

4.3 通信设计＝软件模式＋硬件互连96

4.3.1 软件通信模式97

4.3.2 消息传递97

4.3.3 共享存储器98

4.3.4 设备驱动器100

4.4 硬件互连机制101

4.4.1 总线101

4.4.2 直接连接端口104

4.4.3 数据队列105

4.5.1 复杂SOC设计中系统建模的作用108

4.4.4 时分复用处理器108

4.5 性能驱动的通信设计108

4.5.2 系统建模语言109

4.5.3 系统建模例子：XTMP111

4.5.4 平衡计算和通信115

4.6 SOC设计流程115

4.6.1 推荐的设计流程115

4.6.2 SOC设计方法中的改变117

4.7 复杂SOC中的非处理器组成模块118

4.7.1 存储器118

4.7.2 I/O外围设备119

4.7.3 硬连线逻辑模块120

4.8 以处理器为中心的SOC架构的影响121

4.9 进一步的阅读资料122

第5章 可配置处理器：软件视角124

5.1 处理器硬件／软件协同生成125

5.1.1 应用、编程语言和处理器架构125

5.1.2 小例子：像素混合126

5.2 指令定义和应用细调的过程127

5.2.1 剖析和性能128

5.2.2 为了提高性能和效率的新指令131

5.3 指令扩展的基础131

5.3.1 指令扩展的方法133

5.3.2 应用的升级137

5.3.3 指令集性能和通用性之间的权衡138

5.3.4 操作融合139

5.3.5 复合操作144

5.3.6 SIMD指令145

5.4 程序员模型147

5.4.1 基准用户指令集148

5.4.2 专用指令集150

5.4.3 系统编程指令集151

5.5 处理器性能因素152

5.5.1 软件开发环境155

5.5.2 软件运行时环境160

5.5.3 处理器生成流程162

5.6 实例：细调一个大型任务163

5.7 存储器系统细调167

5.7.1 基本的存储器系统策略167

5.7.2 详细的存储器系统细调168

5.7.3 整体存储器系统性能169

5.7.4 内部循环数据调用细调171

5.8 长指令字174

5.8.1 代码长度和长指令175

5.8.2 长指令字和自动处理器生成177

5.9 全自动指令集扩展179

5.10 进一步的阅读资料182

第6章 可配置处理器：硬件视角184

6.1 应用加速：一个常见的问题184

6.2 流水线和处理器简介187

6.2.1 流水线的基本原理187

6.2.2 RISC流水线基础187

6.2.3 扩展指令集实现的流水线188

6.2.4 处理器硬件扩展正确性的保证190

6.3 从硬件模块到处理器190

6.3.1 从硬件到指令的基本转换191

6.3.2 每条指令一个原语操作192

6.3.3 每条指令多个独立操作196

6.3.4 流水线化的指令199

6.3.5 把硬件功能映射到处理器指令的权衡200

6.4 从硬连线引擎转移到处理器201

6.4.1 把有限状态机转换成软件201

6.4.2 瞄准灵活性的专用处理器设计204

6.4.3 从微代码引擎到处理器的转变206

6.4.4 微代码数据通路208

6.4.5 编码操作209

6.4.6 微程序211

6.5 设计处理器接口212

6.5.1 存储器映射RAM214

6.5.2 存储器映射队列和寄存器217

6.5.3 基于连线的输入输出220

6.6 一个简单的例子：ATM包分段和重组223

6.7.1 深埋的任务引擎227

6.7 处理器用于硬件替换的新功能227

6.7.2 带有备用处理器的设计229

6.7.3 系统监控处理器230

6.8 处理器、硬件实现方法和验证流程231

6.8.1 硬件流程232

6.8.2 验证流程233

6.9 硬件抽象的发展235

6.10 进一步的阅读资料235

第7章 SOC设计中的深入论题237

7.1 针对处理器性能的流水线设计237

7.2 深入处理器流水线阻塞240

7.2.1 三种流水线阻塞类型240

7.2.2 流水线和异常243

7.2.3 对复杂指令的替代性流水线化244

7.3.1 克服分支架构的差异245

7.3 优化处理器来适应硬件245

7.3.2 克服存储器访问限制250

7.4 多处理器调试和跟踪250

7.4.1 MP调试251

7.4.2 MP跟踪252

7.5 存储器系统中的问题253

7.5.1 多存储器端口流水线253

7.5.2 SIMD指令集中的存储器对齐254

7.5.3 共享存储器的同步机制255

7.5.4 指令ROM258

7.6 优化可扩展处理器的功耗258

7.6.1 内核功耗259

7.6.2 可扩展能力对性能的影响259

7.6.3 存储器功耗260

7.6.4 缓存器功耗指南261

7.7 TIE基础263

7.7.1 TIE操作264

7.7.2 TIE状态和寄存器堆265

7.7.3 外部TIE端口和队列266

7.7.4 TIE常量267

7.7.5 TIE功能调度（use和def）268

7.7.6 使用TIE的内建寄存器、接口和函数268

7.7.7 共享和迭代的TIE函数270

7.7.8 多槽指令271

7.8 进一步的阅读资料271

第8章 未来的SOC设计：处理器海273

8.1 SOC设计正在经历什么样的发展273

8.1.1 SOC和ROI275

8.1.2 设计者的困境276

8.1.3 通用处理器的限制277

8.1.4 新的处理器278

8.1.5 这些处理器为什么会与众不同279

8.1.6 SOC设计的转变281

8.2 软件可编程性为何如此重要283

8.3 展望SOC的未来284

8.4 处理器按比例性能提升模型285

8.5 复杂SOC的未来应用291

8.6 复杂SOC设计流程的未来292

8.7 产业的未来296

8.8 突破性技术观点299

8.9 长远观点302

8.10 进一步的阅读资料303

索引305