Application specific instruction set processor based on RISC-V architectures, for state estimation algorithm on smart grids

This work experimented with using a custom instruction set extension for performing the multiply and accumulate instruction which is critical for the Transient State Estimation algorithm. Custom modules were designed and implemented on a RISC-V processor core. The open- source nature of RIS...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Θεοδωρακόπουλος, Βασίλης
Άλλοι συγγραφείς: Theodorakopoulos, Vasilis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2021
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15374
id nemertes-10889-15374
record_format dspace
spelling nemertes-10889-153742022-09-05T11:16:39Z Application specific instruction set processor based on RISC-V architectures, for state estimation algorithm on smart grids Ανάπτυξη επεξεργαστή με βάση αρχιτεκτονικές RISC-V για εφαρμογή εκτίμησης κατάστασης σε έξυπνα δίκτυα ισχύος Θεοδωρακόπουλος, Βασίλης Theodorakopoulos, Vasilis Processors RISC-V Instruction set architectures System verilog Cv32e40p FPGA implementation Αρχιτεκτονική υπολογιστών Αλγόριθμος εκτίμησης κατάστασης Εντολές επεξεργαστή This work experimented with using a custom instruction set extension for performing the multiply and accumulate instruction which is critical for the Transient State Estimation algorithm. Custom modules were designed and implemented on a RISC-V processor core. The open- source nature of RISC-V makes it an ideal base to implement the extra hardware required to handle those specific workloads. The aim being to both speed up the computation and to reduce transmission data. The central strategy is to use a small core with specialized acceleration instead of a bigger core with excess features, in order to meet the project’s potential future of fitting a processor on the same die as other electronics. An attempt was also made to load the final design on the RISC-V core on PULPissimo . Emphasis is placed on System Verilog modules of multiply and accumulate, behavioral simulation of the designs and then on the interconnections of the designed modules and the core modules. It was found that the precision of the results are marginally within acceptable limits. Precision measurements were done against random data generated from C code. By measuring the cycle count of computations, it was possible to compare the speed of different implementations. In this case it was found that with the new modifications the time to compute the desired vector is in fact reduced in most implementations .It was found that with the timing paths introduced by the new modules the maximum frequency is reduced . Αυτή η εργασία πειραματίστηκε με τη χρήση μιας προσαρμοσμένης επέκτασης συνόλου εντολών για την εκτέλεση της εντολής πολλαπλασιασμού και συσσώρευσης, η οποία είναι κρίσιμη για τον αλγόριθμο εκτίμησης κατάστασης. Οι προσαρμοσμένες μονάδες σχεδιάστηκαν και εφαρμόστηκαν σε έναν πυρήνα επεξεργαστή RISC-V. Η φύση ανοιχτού κώδικα του RISC-V το καθιστά ιδανική βάση για την εφαρμογή του επιπλέον υλικού που απαιτείται για τον χειρισμό αυτών των συγκεκριμένων φορτίων εργασίας. Στόχος είναι τόσο η επιτάχυνση του υπολογισμού όσο και η μείωση των δεδομένων μετάδοσης. Η κεντρική στρατηγική είναι η χρήση ενός μικρού πυρήνα με εξειδικευμένη επιτάχυνση αντί ενός μεγαλύτερου πυρήνα με πλεονάζοντα χαρακτηριστικά, προκειμένου να ανταποκριθεί στο πιθανό μέλλον του έργου να τοποθετήσει έναν επεξεργαστή στην ίδια μήτρα με άλλα ηλεκτρονικά. Έγινε επίσης προσπάθεια φόρτωσης του τελικού σχεδίου στον πυρήνα RISC-V στο PULPissimo. Δίνεται έμφαση στις μονάδες System Verilog πολλαπλασιασμού και συσσώρευσης , στην προσομοίωση συμπεριφοράς των σχεδίων και στη συνέχεια στις διασυνδέσεις των σχεδιασμένων ενοτήτων και των βασικών ενοτήτων. Διαπιστώθηκε ότι η ακρίβεια των αποτελεσμάτων είναι οριακά εντός αποδεκτών ορίων. Οι μετρήσεις ακριβείας έγιναν με τυχαία δεδομένα που δημιουργήθηκαν από τον κώδικα C. Μετρώντας τον αριθμό των κύκλων των υπολογισμών, ήταν δυνατό να συγκριθεί η ταχύτητα διαφορετικών εφαρμογών. Σε αυτή την περίπτωση διαπιστώθηκε ότι με τις νέες τροποποιήσεις ο χρόνος υπολογισμού του επιθυμητού διανύσματος μειώνεται στην πραγματικότητα στις περισσότερες εφαρμογές. Διαπιστώθηκε επίσης ότι με τις διαδρομές χρονισμού που εισάγονται από τις νέες μονάδες η μέγιστη συχνότητα μειώνεται. 2021-10-18T10:50:44Z 2021-10-18T10:50:44Z 2021-10-18 http://hdl.handle.net/10889/15374 en winrar application/pdf
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Processors
RISC-V
Instruction set architectures
System verilog
Cv32e40p
FPGA implementation
Αρχιτεκτονική υπολογιστών
Αλγόριθμος εκτίμησης κατάστασης
Εντολές επεξεργαστή
spellingShingle Processors
RISC-V
Instruction set architectures
System verilog
Cv32e40p
FPGA implementation
Αρχιτεκτονική υπολογιστών
Αλγόριθμος εκτίμησης κατάστασης
Εντολές επεξεργαστή
Θεοδωρακόπουλος, Βασίλης
Application specific instruction set processor based on RISC-V architectures, for state estimation algorithm on smart grids
description This work experimented with using a custom instruction set extension for performing the multiply and accumulate instruction which is critical for the Transient State Estimation algorithm. Custom modules were designed and implemented on a RISC-V processor core. The open- source nature of RISC-V makes it an ideal base to implement the extra hardware required to handle those specific workloads. The aim being to both speed up the computation and to reduce transmission data. The central strategy is to use a small core with specialized acceleration instead of a bigger core with excess features, in order to meet the project’s potential future of fitting a processor on the same die as other electronics. An attempt was also made to load the final design on the RISC-V core on PULPissimo . Emphasis is placed on System Verilog modules of multiply and accumulate, behavioral simulation of the designs and then on the interconnections of the designed modules and the core modules. It was found that the precision of the results are marginally within acceptable limits. Precision measurements were done against random data generated from C code. By measuring the cycle count of computations, it was possible to compare the speed of different implementations. In this case it was found that with the new modifications the time to compute the desired vector is in fact reduced in most implementations .It was found that with the timing paths introduced by the new modules the maximum frequency is reduced .
author2 Theodorakopoulos, Vasilis
author_facet Theodorakopoulos, Vasilis
Θεοδωρακόπουλος, Βασίλης
author Θεοδωρακόπουλος, Βασίλης
author_sort Θεοδωρακόπουλος, Βασίλης
title Application specific instruction set processor based on RISC-V architectures, for state estimation algorithm on smart grids
title_short Application specific instruction set processor based on RISC-V architectures, for state estimation algorithm on smart grids
title_full Application specific instruction set processor based on RISC-V architectures, for state estimation algorithm on smart grids
title_fullStr Application specific instruction set processor based on RISC-V architectures, for state estimation algorithm on smart grids
title_full_unstemmed Application specific instruction set processor based on RISC-V architectures, for state estimation algorithm on smart grids
title_sort application specific instruction set processor based on risc-v architectures, for state estimation algorithm on smart grids
publishDate 2021
url http://hdl.handle.net/10889/15374
work_keys_str_mv AT theodōrakopoulosbasilēs applicationspecificinstructionsetprocessorbasedonriscvarchitecturesforstateestimationalgorithmonsmartgrids
AT theodōrakopoulosbasilēs anaptyxēepexergastēmebasēarchitektonikesriscvgiaepharmogēektimēsēskatastasēsseexypnadiktyaischyos
_version_ 1771297200303767552