Designing Embedded Processors

These  are  exciting  times  for  the  system  level  designer/researcher.  The  world

seems  to  burgeon  with  embedded  systems.  Consumers  demand  superior  electronic

products  more  often  than  ever  before.  Moore’s  law  continues  to  be  valid

40  years  after  it  was  first  stated,  allowing  the  adventurous  to  design  with  billions

of  transistors.  Demanding  managers  require  products  in  shorter  time  than

previously.  All  of  this  has  led  to  an  unending  search  for  superior  methods  and

tools  to  design  embedded  systems.

Interminable  appetite  by  consumers  for  portable  embedded  systems  has

continued  to  churn  out  chips  with  ever  growing  functionality.  Soaring  nonrecurring

engineering  costs  of  chips  has  forced  designers  towards  large  scale

chips  which  exhibit  computation  capability  along  with  communication  protocols.

These  designs  are  expected  to  be  flexible  by  being  software  upgradeable,

reduce  time  to  market  by  being  rapidly  verifiable,  and  produced  in  large  volumes

to  reduce  the  cost  per  chip.  To  truly  make  such  systems  ubiquitous,  it  is

necessary  to  reduce  the  power  consumed  by  such  a  system.  These  often  conflicting

demands  have  meant  that  chips  have  to  exhibit  smaller  footprint  and

consume  less  power.  For  a  long  time  now,  the  narrowing  feature  sizes  of  chips

and  continuously  reducing  supply  voltages  were  sufficient  to  satisfy  the  size

and  power  demands.  Unfortunately,  this  trend  towards  smaller  feature  sizes

and  lower  supply  voltages  is  slowing  due  to  physical  limitations.  This  has  led

to  looking  at  system  level  methods  to  reduce  power  in  embedded  systems.

Unlike  circuit  level  methods  to  reduce  power,  system  level  methods  often

allow  a  plethora  of  techniques  to  be  applied  at  various  levels.  Often  these

xvassuming  that  the  designer  has  sufficient  time.  Some  of  these  techniques  are

at  the  architecture  level-such  as  application  specific  processors,  some  are

run-time  techniques-which  respond  to  the  workload  by  switching  voltage  and

frequency,  some  are  at  design  time-such  as  compiler  techniques  which  allow

lower  power  consumption  of  the  compiled  code.

Time  is  indeed  changing  the  way  we  design  systems.  Reducing  design  time

and  the  size  of  a  design  team  are  increasingly  crucial.  Numerous  tools  and

methods  are  available  to  educated  designer.  Many  of  these  are  point  tools,

though  several  tool  vendors  work  tirelessly  towards  making  these  point  tools

interoperable  so  that  seamless  design  flows  can  be  created,  which  are  useable

by  designers,  increasing  productivity  several  times.  While  such  design  flows

from  the  RTL  level  down  are  quite  mature,  the  design  tools  and  flows  at  the

system  level  are  still  evolving  and  will  evolve  for  some  time  to  come.  Research

in  this  area  is  very  much  alive  at  this  time  and  will  be  for  the  foreseeable  future.

This  book  examines  system  level  design  techniques,  which  allow  the  automation

of  system  level  designs,  with  a  particular  emphasis  towards  low

power.  We  expect  researchers,  graduate  students  and  system  level  designers

to  benefit  from  this  book.  The  authors  of  the  individual  chapters  are  all  well

known  researchers  in  their  respective  fields.