ESP32Tensilica LX7/NX与ESP32

Posted 2022-10-07 CodeAllen嵌入式编程

Tensilica 是一个迅速成长的公司，公司主要产品是在专业性应用程序微处理器上，为现今高容量嵌入式系统提供最优良的解决方案。公司成立于1997年7月，该公司的投资者包括三家声名卓著的创投公司：Oak Investment Partners， Worldview Technology Partners 和 Foundation Capital， 与高科技电子业内著名的五家公司：Cisco Systems，Inc，Matsushita Electric Industrial Company Ltd， Altera Corporation，NEC Corporation 和 Conexant Systems。Tensilica的创始人为Chris Rowen，同时也是第一任CEO，他原来曾任职于Intel，Stanford，MIPS，SGI和Synopsys，同时他也是可重构处理思想的提出者和实践者。Tensilica公司创立的目的则是提供一种可以实现可重构的、核基于ASIC的、拥有对应软件开发工具的专用微处理器解决方法。

其HIFI系列产品的主要应用包括：

 1.寄存器window的概念可以将物理寄存器和逻辑寄存器(ISA寄存器)分离开来，在设计上增加了一层抽象，可以避免在函数调用的时候频繁的压栈和出栈操作，下图展示在64个物理寄存器上实现的寄存器窗口，虽然ISA仅仅定义了16个AR寄存器，但是实际微架构设计时不限物理寄存器的数量的，当然，成本是随着微架构寄存器的数目增加而增加的。

 更具体的一个映射的例子:

物理寄存器数量是有限的，如果嵌套多层调用call4/8/12,则一定会发生覆盖原来寄存器窗口的情况，覆盖发生时，Xtensa通过寄存器窗口异常来处理这种情况。寄存器窗口机制中，任何地方引用a0-a3都不会产生register window异常，用户在c或者汇编代码里面可以任意使用，因为在任意环境里，当前逻辑窗口的寄存器，要么无覆盖发生，要么已经在call/entry指令中进行了压栈保存。a4-a15的高位寄存器引用会触发低位寄存器的覆盖检测，哪怕没有显示的使用低位寄存器，触发的顺序是先进行overflow4,然后overflow8至overflow12.

entry指令的执行伪码:
 

2.ESP32和HIFI3/4/5的区别

HIFI3/4/5的ISA是一样的，区别可能在于资源的数量。

 

总结：

1. HIFI系列在Xtensa核心的基础上，集成了DSP Extensions,比如集成VLIW计算单元加速各种DSP操作等等,ESP32核心则没有这些扩展。 
2. ESP32和HIFI系列的base ISA部分应该是一样的，这有点类似于RISCV ISA RV32I/64I extensions的设计。但是，Base ISA相同并不表示处理器的特性是完全一样的，尤其是Xtensa这种支持可重构的处理器设计架构,它非常容易扩展新的指令，所以HIFI系列作为xtensa core的DSP实现，一定在增加了支持fast DSP操作DSP指令。ESP32不是DSP,它没有这些。
3. ESP32确实有一些32bit mac单指令，比如单周期的乘累加指令，虽然也可以用它做一些DSP操作，但是这和HIFI核的做法是完全不一样的，HIFI核基于硬件vector和VLIW的方式实现，是面向DSP处理的，性能肯定不在一个水平上。
4. 实际上github上有一个项目，就是实现了一个用ESP32进行类似DSP操作的算法库。esp-dsp项目。
5. HIFI5 DSP是LX系列处理器的一个configuration option，可以加入在LX系列处理器核里面构成DSP核，没有加入的当然不算是DSP，当使用DSP的扩展配置后，编译器会自动将指令用HIFI5 DSP加速的方式编译。
6. HIFI5 DSP is built on the baseline of Xtensa RISC Architecture, 它最厉害的能力来源于DSP指令集和音频指令集扩展，而非baseline ISA，如果想看baseline ISA咋样，可以去用esp32或esp8266体验一下。
7. HIFI系列处理器最多可以同时发射5条指令(没有结构，数据相关),并将这五条指令打包成128位的超长指令，分配给五套slots执行单元去执行。存在结构相关的指令无法在一起打包成VLIW,比如，由于只有 slot0支持load操作，所以无法同时打包两条或者以上的l内存load操作执行，其它依赖slot能力的指令也有限制，具体要看每个slot的支持信息。
8. 貌似xtensa对自家编译器xcc的寄存器调度能力非常自信，所以它不推荐用户在HIFI5上手搓DSP汇编

     VLIW示意图，slot是执行单元，每个能力不同，需要注意指令不能存在结构相关。

3.根据谷歌到的关于xtensa的资料，提取到的一些关于VLIW应用场景和用法的一些信息，一共包括十种指令打包格式，每种格式在所用资源，应用场景，指令长度方面有所差异。

 

关于NX可扩展处理器架构需要补充说明。