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A RISC-V ISA extension for ultra-low power IoT wireless signal processing

Authors :
Carolynn Bernier
Zdenek Prikryl
Hela Belhadj Amor
Département d'Architectures, Conception et Logiciels Embarqués-LETI (DACLE-LETI)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI)
Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Laboratoire Intelligence Intégrée Multi-capteurs (LIIM)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques (DSCIN)
Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Codasip, S.R.O. République tchèque
Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Source :
IEEE Transactions on Computers, IEEE Transactions on Computers, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021, 2021, pp.1-1. ⟨10.1109/TC.2021.3063027⟩, IEEE Transactions on Computers, 2021, 2021, pp.1-1. ⟨10.1109/TC.2021.3063027⟩, IEEE Transactions on Computers, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021, pp.1-1. ⟨10.1109/TC.2021.3063027⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; This work presents an instruction-set extension to the open-source RISC-V ISA (RV32IM) dedicated to ultra-low power (ULP) software-defined wireless IoT transceivers. The custom instructions are tailored to the needs of 8/16/32-bit integer complex arithmetic typically required by quadrature modulations. The proposed extension occupies only 2 major opcodes and most instructions are designed to come at a near-zero energy cost. Both an instruction accurate (IA) and a cycle accurate (CA) model of the new architecture are used to evaluate six IoT baseband processing test benches including FSK demodulation and LoRa preamble detection. Simulation results show cycle count improvements from 19% to 68%. Post synthesis simulations for a target 22nm FD-SOI technology show less than 1% power and 28% area overheads, respectively, relative to a baseline RV32IM design. Power simulations show a peak power consumption of 380 µW for Bluetooth LE demodulation and 225 µW for LoRa preamble detection (BW = 500 kHz, SF = 11).

Details

Language :
English
ISSN :
00189340
Database :
OpenAIRE
Journal :
IEEE Transactions on Computers, IEEE Transactions on Computers, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021, 2021, pp.1-1. ⟨10.1109/TC.2021.3063027⟩, IEEE Transactions on Computers, 2021, 2021, pp.1-1. ⟨10.1109/TC.2021.3063027⟩, IEEE Transactions on Computers, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021, pp.1-1. ⟨10.1109/TC.2021.3063027⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....a3d65f6b50d4bc6212a1b2e16f520569