EXPRESSION
Язык EXPRESSION разрабатывался в Университете Калифорнии (University of California, Irvine, США) [48] и был впервые представлен на конференции DATE в 1999 году [49]. Этот язык поддерживает широкий класс встраиваемых систем с ILP и иерархиями памяти от RISC, DSP, ASIP до VLIW. EXPRESSION позволяет создавать интегрированное описание структуры и поведения подсистемы процессор-память. Спецификация на EXPRESSION состоит из шести секций (первые три отвечают за поведение, последние три за структуру):
- OP_GROUP – спецификация операций (элементарных команд (OP_CODE) c описанием параметров и поведения);
-
INSTR – описание формата команды в виде набора ячеек (SLOTS), имеющих определенное положение и ширину в командном слове и ответственных за определенный функциональный модуль;
-
OP_MAPPING – отображение общих (generic) операций компилятора на машинные операции, описанные в первой секции; данное описание используется при генерации кодогенератора компилятора;
-
описание структурных компонентов – функциональные устройства (UNIT), элементы памяти (STORAGE), шины (CONNECTION) и порты (PORT); задаются связи между ними, а также некоторые свойства (например, типы операций, которое может выполнять устройство, и количество параллельно выполняемых за такт операций);
-
описание конвейера (PIPELINE) в виде упорядоченных именованных стадий, связанных с функциональными устройствами; секция также содержит описание каналов передачи данных (DTPATHS).
-
STORAGE PARAMETERS – описание свойств элементов памяти: тип (регистровая память, кэш, SRAM, DRAM), количество и размерность ячеек, ассоциативность кэша, адресное пространство, время доступа.
Пример 7 содержит описание тривиального модельного процессора на языке EXPRESSION. (OP_GROUP alu_ops (OP_CODE add (OP_TYPE DATA_OP) (OPERANDS (DST reg) (SRC1 reg) (SRC2 reg)) (BEHAVIOR DST = SRC1 + SRC2) ) (OP_CODE sub (OP_TYPE DATA_OP) (OPERANDS (DST reg) (SRC1 reg) (SRC2 reg)) (BEHAVIOR DST = SRC1 - SRC2) ) )
(VAR_GROUPS (reg RF) )
(INSTR (WORDLEN 12) (SLOTS ((TYPE DATA) (BITWIDTH 12) (UNIT ALU)) ) )
(SUBTYPE UNIT ExUnit) (SUBTYPE STORAGE RegFile)
(ExUnit ALU (CONNECTIONS AluRfConn) (OPCODES alu_ops) (CAPACITY 1) )
(RegFile RF (CONNECTIONS AluRfConn) )
(PIPELINE FETCH DECODE EX) (EX: ALU) (DTPATHS (TYPE BI (ALU RF AluRfConn) ))
(STORAGE PARAMETERS (RF (TYPE REGFILE) (SIZE 16) (WIDTH 16) )
Пример 7. Тривиальный процессор в EXPRESSION
На основе описания EXPRESSION автоматически генерируются компилятор EXPRESS и симулятор SYMPRESS [50-51]. Также существуют дополнительные утилиты для исследования и оценки использования иерархий памяти (MEMOREX) и визуальное средство для автоматизации процесса оценки и анализа различных архитектурных решений в процессе дизайна аппаратуры (V-SAT). Однако опубликованная скорость работы симулятора SYMPRESS является недостаточной для интерактивного процесса обработки миллиардов тактов в типичном цикле разработки современных алгоритмов цифровой обработки сигналов.
К сожалению, как сам язык EXPRESSION, так и поддерживающие его средства нацелены только на обеспечение процесса исследования проектных альтернатив (DSE) и не рассчитаны на создание кросс-инструментов для разработки реальных прикладных программ. Поэтому полностью отсутствует промежуточный ассемблерный уровень – сценарий использования предполагает компиляцию программы на C во внутреннее промежуточное представление, которое непосредственно используется симулятором для получения оценок производительности, но не позволяет вести пошаговую отладку программы и использовать алгоритмы на ассемблере. Соответственно, в языке отсутствуют средства описания ассемблерного синтаксиса и двоичного кодирования команд. Также, ввиду наличия детальной структурной составляющей, начальное создание спецификации EXPRESSION является относительно трудоемким по сравнению с nML и ISDL. Кроме того, необходимость согласовывать поведенческие и структурные части описания делает неудобными и чреватыми ошибками изменения на уровне системы команд.В этом смысле EXPRESSION стоит между чистыми поведенческими ADL-решениями и структурными описаниями HDL-уровня.
