[發明專利]一種嵌入式處理器分支預測的方法

有效

• 申請號: 200910100608.0
• 申請日: 2009-07-10
• 公開（公告）號: CN101604235A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 鄭秋華;吳國華;張禎;王玉娟;方美娥
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 杜 軍

技術領域

本發明屬于計算機技術領域，涉及一種微處理器的反向分支預測方法。

背景技術

眾所周知，分支預測技術一直是提高通用處理器性能的重要方法。分支 預測的本質是克服指令控制相關，提高指令并行度，使得處理器的性能得到 提高。在這方面學術界和工業界都進行了大量的研究和實踐?，F在的通用處 理器大多采用深度流水線和寬發射機制，分支預測是兩者的關鍵支撐技術。 當前處理器靠深度流水提高主頻一直還一直令人們不太滿意，但是同時應該 注意到沒有一定深度的流水，處理器頻率就不可能太高，也就不會有很高的 性能。目前一般處理器的流水線都在10～30之間跳躍。耶魯·帕特預測寬發射 將成為單芯片集成10億晶體管主要解決方案，而且寬發射也是提高單片處理 器性能的重要手段之一。最近英特爾的新處理器Conroe就從原先奔騰的三發 射提高到四發射，使得處理器性能提高30％。分支預測技術不僅在高性能通 用處理器中采用，而且在嵌入式處理器也廣泛采用。

發明內容

本發明的目的是提供一種硬件復雜度低，能有效提高預測精度、改善分 支指令在管線執行中所導致的效能損失的分支預測方法。

本發明方法是基于反向分支預測機制的改進，具體是改進反向分支預測 機制的存儲管理策略和指標控制，使其在遭遇復雜的巢狀循環時不須立即清 除原有記錄，能充分利用儲存空間以保留不同的巢狀循環結構并精確地選擇 對應的分支記錄進行預測。

本發明方法具體是這樣實現的：

步驟(1).計算機提取指令，并將提取的指令與機制中內存棧首指針所指 的記錄對比，分別進行操作：

a.如果提取的指令為改進的反向分支預測機制中記錄過的指令，則送 出預測分支指令的目的地址作為下一指令抓取指令的地址。

b.如果提取的指令不是改進的反向分支預測機制中記錄過的指令，則改 進的反向分支預測機制不做特定動作，管線正常執行。

步驟(2).對步驟(1)提取的指令進行處理，具體是：

c.如果提取的指令為以往執行過的反向跳躍指令，并已在步驟a產生預 測分支的效果，當指令與改進的反向分支預測機制中已經記錄過的指令相符， 則表示改進的反向分支預測機制預測正確；如果當指令與改進的反向分支預 測機制中已經記錄過的指令不相符，則表示預測錯誤，清除改進的反向分支 預測機制抓取的指令，并恢復管線抓取正確的指令地址。

d.如果指令不是記錄在改進的反向分支預測機制中的目前預測的反向分 支指令，當執行指令經譯碼判斷為分支指令時，若分支指令為回向分支指令 且發生跳躍時，判斷其跳躍的目的地址與改進的反向分支預測機制中最外層 巢狀記錄指標所對應的跳躍記錄是否構成巢狀，若未構成巢狀則表示已脫離 改進的反向分支預測機制已記錄的巢狀回路，兩者皆在指令執行階段更新其 對應的改進的反向分支預測機制空間記錄；如果為其他情況，則不做處理。

步驟(3).根據步驟(2)的判斷結果執行指令，此時進行存儲檔位的指標調 整，分為以下部分進行：

e.當改進的反向分支預測機制已記錄的反向分支指令再一次被執行，預 測其跳躍的確發生跳躍，此時改進的反向分支預測機制預測正確，若沒有其 它分支指令更改程序流程，儲存檔位回到改進的反向分支預測機制所構建之 巢狀循環最內層；改進的反向分支預測機制將在比較該分支跳躍地址與原有 記錄而判斷出巢狀循環的最內層后，更改讀出預測地址的讀出數據指標棧首 指針令其指向巢狀循環的最內層，其余指標保持不動。

f.當改進的反向分支預測機制已記錄的反向分支指令再一次被執行，預 測其跳躍但因不符合執行條件而未發生跳躍時，改進的反向分支預測機制讀 出預測地址讀出數據指標棧首指針指向下一個儲存檔位(即指向下一層循環 圈)以進行預測，其余指標則保持不動。

g.當指令經過指令譯碼階段的流程確認此指令為一條未存在于改進的反 向分支預測機制記錄檔位中且發生跳躍的反向分支指令，并經由地址比較發 現該指令與改進的反向分支預測機制檔位所儲存指令構成巢狀循環，此時，若 改進的反向分支預測機制未曾儲存到末端檔位而發生循環，則此分支指令根 據數據寫入指標的棧尾指針連續存入改進的反向分支預測機制檔位中，并將 讀出數據指標的棧首指針調到巢狀結構最內層，當前指針指向新建立之分支檔 位，而寫入的數據指標的棧尾指針向下調整一個檔位。