TUKUTURI: eine dynamisch selbstrekonfigurierbare Softcore Prozessorarchitektur

Der Entwurf von Systemen zur digitalen Signalverarbeitung stellt den Entwickler vor stetig wachsende Herausforderungen, die durch zunehmende Komplexität von Anwendungen und die dafür benötigte Steigerung der Leistungsfähigkeit eingebetteter Systeme verursacht werden. Ein weiterer Aspekt neben der Leistungsfähigkeit ist die Flexibilität, die es erlaubt, Anwendungen und Algorithmen auch nach Auslieferung eines Systems zu verändern. Diese kann zum einen durch Verwendung von FPGAs erreicht werden, die eine Rekonfiguration der Hardware ermöglichen. Zum anderen können prozessorbasierte Systeme verwendet werden, die Flexibilität durch Programmierbarkeit bereitstellen. Anwendungsspezifische Anpassungen der Prozessorarchitektur und ein hohes Maß an paralleler Datenverarbeitung, beispielsweise durch VLIW-Prozessoren, stellen dabei Mittel zum Erreichen hoher Leistungen dar. Das Thema dieser Arbeit ist die Untersuchung eines Entwurfsprozesses für anwendungsspezifische Prozessorsysteme. Dieser basiert auf einem flexiblen SIMD-VLIW-Prozessor, der in großem Umfang konfiguriert und durch zusätzliche Hardwaremodule erweitert werden kann. Zur Exploration des Entwurfsraums werden Werkzeuge zur Analyse von Prozessorkonfigurationen in realen Anwendungen bereitgestellt sowie Methoden zur automatisierten Adaption der Architektur auf Basis dieser Analyseergebnisse untersucht. Die Kompilierung von Anwendungen für VLIW-Architekturen wird aufgrund der kombinatorischen Komplexität üblicherweise mittels statischer Heuristiken durchgeführt, wodurch eine optimale Adaption an flexible Architekturen erschwert werden kann. Daher werden hier dynamische Methoden zur Codegenerierung, die auf evolutionären Algorithmen basieren, untersucht. Die Umsetzung der Architektur als Softcore auf einem FPGA bietet zusätzlich die Möglichkeit der dynamischen Adaption der Hardware zur Laufzeit. Diese Möglichkeiten und deren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Prozessorsysteme werden ebenfalls untersucht. Die Analyse des Entwurfsprozesses in einer exemplarischen Anwendung der bildbasierten Objekterkennung und der Vergleich mit Implementierungen auf einem MIPS-Softcore bzw. VLIW-DSP zeigen die Eignung der Methoden zur Adaption von Softcore-Prozessoren und der EA-basierten Kompilierung von Anwendungen. Die dynamische Hardwarerekonfiguration zur Laufzeit kann bei reduziertem Flächenbedarf für die Hardware ohne Leistungsverlust eingesetzt werden