[發明專利]用于測量微處理器中的流水線停頓的方法和裝置

有效

• 申請號: 200810074112.6
• 申請日: 2008-02-14
• 公開（公告）號: CN101246447A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: A·E·梅里卡斯;V·R·因杜庫魯
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G06F11/34
• 分類號: G06F11/34;G06F9/38
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 于靜;李崢

技術領域

本申請一般涉及數據處理系統，并且特別涉及一種用于性能監控的方法和裝置。更特別地，本申請針對的是一種計算機實現的方法、裝置和計算機可用程序代碼，其用于標識可歸于在指令流水線中執行的指令組中的給定指令的停頓周期(stall?cycles)。

背景技術

微處理器的性能監控包括計算完成指令執行所需要的平均每指令周期(CPI，cycles?per?instruction)。通常，精簡指令集計算機(RISC)微處理器能夠在單個處理器時鐘周期期間完成一個或多個指令的執行。

一般按階段或分量執行指令。用于完成指令執行的分量通常包括讀取指令、對指令進行解碼、進行操作，以及將操作結果寫入存儲器和/或寄存器。當將結果寫入存儲器和/或寄存器時，進行操作的結果便成為可視的或者可用于其它指令和過程。

可以通過將每指令周期分成執行分量來分析處理器性能，以便確定指令執行的哪些部分耗用最多的處理器周期。在無序或推測性(speculatively)執行指令的處理器中，在指令完成之后研究執行分量的性能更為方便或準確。

在執行指令或指令組但未完成指令期間所耗用的處理器周期稱為停頓周期。停頓核算(stall?accounting)是監控停頓周期的過程，其標識了哪個指令造成停頓，以及確定停頓的原因。

如果用戶知道哪個指令停頓以及停頓的原因，則該用戶也許能夠糾正問題以避免或減少停頓周期數。舉例來說，如果加載指令由于對所需數據值的存儲器訪問而導致過多的停頓周期，則可以通過高速緩存所需要的數據值來減少停頓周期數。

在每次完成一個指令的處理器中，停頓核算是相當直截了當的。任何停頓發生都可歸于所完成的那一個指令。然而，在指令流水線中完成指令組的處理器，例如IBMPOWER5，卻是較難分析的。

在指令流水線中，通過處理器以裝配線方式來處理分量執行的各個階段中的多個指令。當通過算術邏輯部件(ALU)在執行一個指令的操作時，可以將下一指令加載到高速緩存，并且將執行另一指令的結果寫入寄存器。可以于同一時間在各個完成階段處理具有兩個或更多指令的指令組。直到完成該組中的每個指令時才完成該指令組的執行。如果該組的完成停頓了，則停頓周期可能是由于發生在該組中的任何一個或多個指令中的停頓。

該指令組的完成發生停頓可能并不是由于單個原因，因為每個指令均可以具有其自己的停頓原因。然而，在單獨的指令阻塞內，原因可能存在于其阻塞了整個組。舉例來說，發生在待完成的最后指令中的停頓導致整個組的完成的停頓。

當前，性能監控標識了指令組中最后的指令完成延遲的來源，并且將該來源歸為整個組停頓的原因。該方法對于分析是有用的，但卻不一定準確描述了指令組所遇到的完成延遲。此外，如果該組中的一個或多個指令依賴于該組中另一指令的完成，則將指令組所遇到的完成中的整個延遲歸于最后獲知的延遲的現有方法可能導致誤導停頓核算。

發明內容

說明性實施例提供了一種計算機實現的方法、裝置以及計算機可用程序代碼，其用于監控指令流水線中指令的執行。在一個實施例中，該過程對指令組的停頓周期數進行計數。該過程檢索對應于所述指令組的確定性時延模式(deterministic?latency?pattern)。該過程將所述停頓周期數與所述確定性時延模式進行比較。響應于確定所述指令組中的指令在先行指令完成之后的確定性周期數完成，該過程將所述指令標識為依賴指令。

在另一實施例中，該過程對發生在先行指令完成執行之后的停頓周期數進行計數，以便形成依賴指令延遲。響應于確定所述依賴指令延遲等于在所述確定性時延模式中所標識的確定性指令延遲，該過程將所述依賴指令延遲確認為可歸于所述依賴指令的執行延遲。所述確定性時延模式包括：在先行指令完成執行之后，預計發生依賴指令完成執行的預先確定的周期數。

在另一實施例中，從所述組的停頓周期數中減去所述依賴指令延遲，以便確定可歸于所述先行指令的先行指令延遲。

在另一實施例中，該過程標識所述指令組中每個指令所進行的操作。基于所標識的由所述指令組中的每個指令所進行的操作，該過程然后從多個確定性時延模式中標識確定性時延模式。在一個實施例中，從硬編碼于處理器芯片上的晶體管中的多個確定性時延模式中檢索所述確定性時延模式。在另一實施例中，從所述處理器芯片上的存儲器中檢索所述確定性時延模式。

附圖說明

在所附權利要求中闡述了被認為是說明性實施例的特色的新穎特征。然而，當結合附圖閱讀時，通過參照以下對說明性實施例的詳細描述，將最好地理解說明性實施例本身，以及其優選的使用模式、進一步的目的和優點，在附圖中：