設計一個自己專用處理器該怎么完成？

做芯片設計的各位，在某個時刻，你也許會產生一個想法，“為什么不自己設計一個處理器呢？”或許是手頭的處理器并不好用;或許是想用的處理器貴的離譜;或許是你希望做出差異化的產品;又或者僅僅因為它是個誘人的挑戰，你想嘗試一下。。.既然如此，我很高興能和你討論一下怎么完成這個任務。

交付物

我們先從結果說起，也就是這項任務的最終交付物。這里不妨參考ARM處理器核的deliverables。當然，如果只是一個自己用的專用處理器，不一定要有這么完整的交付物。

硬件：主要是處理器相關的RTL代碼，驗證環境，EDA工具的腳本，文檔等等。

工具：主要包括編譯工具（compiler），調試工具（debugger），仿真工具（simulator）和性能分析工具（profiler）。下圖是ARM的編譯工具的例子，主要包括armclang（C編譯器），armasm（匯編器），armlink（鏈接器）和fromelf（image工具）。

轉自arm.com

仿真工具一般至少包括一個指令仿真器 instruction set simulator （ISS），做的好的有cycle-accurate ISS。

模型：此外，現在一般的處理器IP還會提供一些處理器的模型來支持系統級設計，比如用于虛擬平臺（virtual platform的處理器model。虛擬平臺可以在沒有硬件的情況下支持軟件開發，它可以模擬一個完整的芯片或者一個硬件板卡，比如ARM的Fixed Virtual Platform （FVP）。而專用的處理器模型（比如ARM的Fast Model）是虛擬平臺的重要組成部分，和總線模型以及其它IP模型一起模擬系統的功能。

在上述交付物中，紅色為必不可少的內容。即使你做的專用處理器功能簡單，沒有這幾部分它也幾乎是無法正常使用的。當然，你可以說，我不需要ISS做指令驗證，不需要debugger做調試，不需要C編譯器而只用匯編，我也只能“呵呵”了。

看到這一大堆工作，如果你沒有膽怯，而是覺得很有意思。那么我也很愿意給你點幫助，看看是不是可以把你的想法變成現實。其實方法也很簡單 — 自己做不了就找“別人”幫忙唄。

具體來說，根據你的預算情況，可以分為“窮”和“富”兩種玩法。我先說說有錢的玩法吧。

富玩法

其實，不止你一個人想做專用處理器，很多大公司也有這樣的需求。所以，就有人為這種需求專門提供了解決方案，比如Synopsys的ASIP-designer工具和Cadence的Xtensa可擴展處理器（參見Cadence（Tensilica）的可定制處理器），都是為了滿足定制處理器的需求而設計的。

其中Cadence的可擴展處理器是在一個基礎處理器上給你提供了配置（configure）和擴展（extension）的方法和工具。它提供的功能可以通過下圖感受一下。

轉自cadence.com

這套工具的輸入包括三個部分：1）一個處理器模板（Processor Template）;2）用戶配置（Configuratoin Options）;3）定制的指令（Custom Instructions）。最簡單的情況，你只要選一個處理器模板扔給工具就可以了。如果這個不能滿足要求，那么你可能要做一些配置。這個也很簡單，基本是菜單選擇。最有技術含量的是第三種情況，你要設計一些定制的指令。有了這些輸入，剩下的事情就都交給工具了。我們在第一節說的那些交付物，都可以自動生成。

那么我們怎么知道要不要自己定制指令呢？工具也提供了方法。首先，輸入你的算法程序輸入，經過編譯，進行仿真和profiling，得到性能評估的結果。然后判斷是否滿足需求。答案是NO的話，就嘗試更新Configuration;如果還是不行，再嘗試定制指令的方法，直到滿意為止。由于工具幫助你做了大部分工作，這個迭代的過程（也可以看作是Design Space Exploration）會非?？?。

轉自cadence.com