[發(fā)明專利]嵌入式同構對稱雙核RISC微處理器的設計方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910022657.7
• 申請日: 2009-05-22
• 公開（公告）號: CN101593097A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 邵志標;鄒剛;左坤;談杰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張震國

1.一種嵌入式同構對稱雙核RISC處理器的設計方法，其特征在于：

1)采用公共PC寄存器實現(xiàn)雙核取指的同步性，避免兩個核心即雙核重復取指或取指遺漏，所說的公共PC寄存器實現(xiàn)雙核取指的同步性是核1、核2共用一個PC寄存器，地址端口比單核增加了一個地址增值器，核1的地址是多路選擇器輸出的結(jié)果，核2的地址是核1的地址經(jīng)過第一個地址增值器增值后的結(jié)果，而輸入到共享PC寄存器的地址是經(jīng)過兩次增值的結(jié)果，也就是在核2的地址上再加1增值作為PC的輸入地址，使核1、核2的輸出地址始終相差1，消除存在的重復取指或著遺漏某條指令，保持良好的同步性；

2)采用共享寄存器堆實現(xiàn)雙核資源共享以及數(shù)據(jù)交換的靈活性，避免需要擴展指令集來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，所說的共享寄存器堆采用合并寄存器堆的策略，在單核中，寄存器堆共有32個寄存器，其中包括29個通用寄存器，一個計數(shù)寄存器，一個程序狀態(tài)寄存器以及一個常數(shù)零寄存器，通過寄存器堆的合并，形成了共享寄存器堆模型，使得兩個核心共用這32個寄存器，共享以后，對寄存器的控制進行擴展，由單核的兩個讀控制和一個寫控制擴展到雙核的四個讀控制和兩個寫控制，體現(xiàn)了兩個核心的相對獨立性；

3)采用寄存器相關性消除策略及流水線控制合并策略，使兩條流水線統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了兩條流水線的工作協(xié)同，所說的寄存器相關性消除策略：

相關性的檢測

雙核的每個時鐘周期里，兩個核心的流水線從ID級各發(fā)射一條指令到EXE級執(zhí)行，其檢測方法是在譯碼級完成，當在取指階段取完指令后就放入指令寄存器中，通過比較指令寄存器中的相應的源操作數(shù)、目的操作數(shù)的編碼段完成RAW相關性的檢測；?

首先指令編碼在REG1、REG2類型里，第21位到25位是第一源寄存器scr1的編碼，第16位到20位是目的寄存器dst的編碼，第0位到4位是第二源寄存器scr2的編碼，對應到指令寄存器ir里，ir_25～21對應源操作數(shù)第一源寄存器scr1，ir_20～16對應目的操作數(shù)目的寄存器dst，ir_4～0對應源操作數(shù)第二源寄存器scr2；REG3、CTRL、MEM類指令里只有一個源操作數(shù)第一源寄存器scr1，除了CTRL類型以及存數(shù)類指令沒有目的操作數(shù)外，其他類型的指令格式都有目的操作數(shù)；

先寫后讀相關RAW檢測的具體方案如下：

首先令，

dst(1)＝～(bar(1)|bsr(1)|STORE(1))&ir(1)_20～16+(bal(1)|bsr(1))&ir(1)?_25～21；

scr1(2)＝ir(2)_25～21，

scr2(2)＝ir(2)_4～0&～(REG3(2)|CTRL(2)|MEM(2))；

如果dst(1)＝＝scr1(2)|scr2(2)，則存在RAW相關性；

其中，ir(1)代表核1的指令寄存器，dst(1)代表核1的目的操作數(shù)，bar(1)、bsr(1)、STORE(1)為核1譯完碼后無條件轉(zhuǎn)移和存儲類控制信號，ir(2)代表核2的指令寄存器，scr1(2)和scr2(2)代表核2的兩個源操作數(shù)，REG3(2)、CTRL(2)、MEM(2)分別代表核2譯碼后的寄存器類、控制類、存儲器類的控制信號；

相關性的處理

WAW的解決策略

雙核微處理器是按序發(fā)射指令，因此指令的執(zhí)行是按照程序中的順序執(zhí)行，如果相鄰兩條指令要對同一寄存器寫數(shù)據(jù)，只要把后一條指令的結(jié)果寫入寄存器中就可以消除先讀后寫相關WAW；

具體的處理如下：

C1、C2分別代表核1、核2的寫總線，WC1(i)、WC2(i)代表核1、核2?的寫控制信號，i的值是0～28，代表0～28號通用寄存器，只有寫控制信號發(fā)生時，才把總線C1、C2上的內(nèi)容寫到寄存器中；

得出，REG(i)＝(WC2(i)&C2)|(～WC2(i)&WC1(i)&C1)，REG(i)代表第i號寄存器，如果兩個核都對同一寄存器寫入數(shù)據(jù)，只把核2的數(shù)據(jù)寫入相應的寄存器當中，通過對寄存器的寫操作的修正，解決先讀后寫相關WAW相關性問題；

先寫后讀相關RAW數(shù)據(jù)競爭的解決：①在ID級讀源操作數(shù)時，此時正確的值在流水線內(nèi)部還沒有產(chǎn)生，產(chǎn)生先寫后讀相關RAW請求，然后由流水線控制部件處理；②在ID級讀源操作數(shù)時，此時正確的值已在流水線內(nèi)部產(chǎn)生，只會發(fā)生在核內(nèi)部由于流水線重疊產(chǎn)生，而雙核之間的并行是完全同步的，即取指、譯碼、執(zhí)行完全是同步的，讀操作是在譯碼級進行，這時兩個核都還沒有執(zhí)行操作，在兩個核間不會產(chǎn)生這種相關性，因此，只對于情況①進行相關性處理。?