Orientador: Rodolfo Jardim de Azevedo

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação

Resumo: A dissertação apresenta acSynth, um conjunto de ferramentas integradas que tem por objetivo fornecer uma plataforma aberta de desenvolvimento e síntese de projetos a partir de descrições em ADL ArchC. Como primeiro trabalho, acSynth foi equipado com ferramentas para caracterização de consumo...

Resumo: A dissertação apresenta acSynth, um conjunto de ferramentas integradas que tem por objetivo fornecer uma plataforma aberta de desenvolvimento e síntese de projetos a partir de descrições em ADL ArchC. Como primeiro trabalho, acSynth foi equipado com ferramentas para caracterização de consumo de energia de processadores através do método Tiwari. Isto foi concretizado através da composição das ferramentas PowerSC, acPower e acPowerGen, capacitando acSynth a obter e armazenar informações de consumo de energia. Estes dados podem, então, ser utilizados em simulações em acSim, com geração automática de relatórios em nível ADL. Após a caracterização, é possível distribuir as informações coletadas para evitar reexecutar o fluxo para as mesmas ferramentas e processadores. O trabalho apresenta resultados de caracterização dos processadores MIPS-I Plasma e SPARCv8 Leon3, bem como integração com as ferramentas de síntese da Altera e da Xilinx. Os processadores foram submetidos a testes com os benchmarks acStone, Mibench e Mediabench, com elaboração de relatórios de consumo de energia e gráficos de perfil energético no tempo. Um estudo do erro da caracterização foi apresentado. Para testes com MIPS-I o erro efetivo sobre plataforma Xilinx variou de 0,02% a 61,05%, com 91% dos casos com erro menor ou igual a 30%. Em plataforma Altera o erro efetivo variou de 0,01% a 17,49% com 96% dos casos com erro menor ou igual a 15%. Para testes com SPARCv8 em plataforma Xilinx o erro efetivo variou de 0,14% a 40,66% com 95% dos casos com erro menor ou igual a 20%. Adicionalmente, desenvolveu-se um processador MIPS-I pipelined através do fluxo da ferramenta acRTL. Um histórico do processo com detalhes dos prós e contras é apresentado. Um arquivo com dados de consumo de energia das instruções suportadas foi elaborado. Por fim, energia, área e desempenho foram estudados e comparados ao processador Plasma. As principais contribuições deste trabalho são: interconexão de ferramentas e mostra dos benefícios obtidos com isto; apresentação de uma abordagem de caracterização de consumo de energia de processadores no nível de arquitetura; demonstração de um método funcional para expansão de acSim para abarcar novos aspectos de simulação em alto nível; aplicação prática de acRTL

Abstract: This work presents acSynth, an integrated framework for development and synthesis based on ArchC ADL descriptions. In its first application, acSynth includes characterization tools to allow power consumption analysis for supported processor architectures, through Tiwari's method. The power...

Abstract: This work presents acSynth, an integrated framework for development and synthesis based on ArchC ADL descriptions. In its first application, acSynth includes characterization tools to allow power consumption analysis for supported processor architectures, through Tiwari's method. The power analysis and characterization tools were achieved by integrating PowerSC, acPower and acPowerGen, allowing acSynth to gather, process and store power consumption data in order to create power reports. This data could then be used in acSim simulations, generating ADL level power analysis reports automatically. We show characterization results for MIPS-I Plasma processor and SPARCv8 Leon3 processor using two different synthesis tools and workflows, Altera and Xilinx. The processors were tested with acStone, Mibench and Mediabench benchmarks, generating power reports and energy consumption profile graphs with energy per time data. We analyzed the error comparing to RTL simulations. The analysis with MIPS-I and Xilinx tool set presented effective error between 0.02% and 61.05%, with 91% of the total number of analyzed cases presenting errors with less than or equal to 30%. Adopting Altera tool set, the effective error was between 0.01% and 17.49% with 96% of the total number of analyzed cases showing error with less than or equal to 15%. For SPARCv8 architecture, using Xilinx tool set, the effective error ranged between 0.14% and 40.66% with 95% of the total number of analyzed cases presenting errors with less than or equal to 20%. Furthermore, a MIPS-I pipelined processor was developed using the acRTL workflow. The complete development is detailed in this dissertation, highlighting the method advantages and disadvantages. The new processor power consumption data was collected and an acSynth power database generated. Finally, power, area and performance was investigated and compared to the stable processor Plasma. The main contributions of the present dissertation are: ArchC tool set integration showing the benefits in high level analysis; introduction of a new power characterization method in architecture level, expanding ArchC environment; design of a practical method to expand the acSim analysis and behavior, covering new high level simulation aspects; the practical use of acRTL