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...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
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 |