[發明專利]具有流水線泡沫檢測裝置的微處理器

無效

• 申請號: 200980133368.2
• 申請日: 2009-09-01
• 公開（公告）號: CN102138127A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: A·基施鮑姆;L·D·卡布萊帕
• 申請（專利權）人: 大陸-特韋斯貿易合伙股份公司及兩合公司
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30;G06F9/38;G06F11/34
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊曉光;趙鵬華

技術領域

本發明涉及根據權利要求1的前序的微處理器，根據權利要求8的前序的用于激勵微處理器的方法，以及該微處理器在機動車中的使用。

背景技術

流水線微體系結構或流水線是提高微處理器中的處理核的性能的已知方式。在這種情況下，將機器命令的執行分解成重疊執行的連續任務單元。在程序命令或機器命令的執行期間，這樣的重疊能夠增加吞吐量。通過擴展流水線的功能可進一步增加每個時鐘周期或時鐘單位執行的命令數。一種可能的擴展通過例如超標量(superscalar)技術來提供。這樣的技術借助于動態分配用于將多條機器命令從命令序列同時轉移至并行操作的功能單元。在該命令的執行期間，微處理器處理動態分配本身。這意味著，在實際編譯期間，沒有發生動態分配。

VLIW(超長指令字)技術是流水線功能的備選擴展選擇。與超標量技術相比，VLIW技術不涉及在運行時通過處理器將命令動態分配給各個功能單元，而且編譯器將可并行執行的命令分組。

即使使用上述擴展之一，流水線微體系結構的性能也可能受到流水線沖突(也稱為流水線危害)而削弱。流水線沖突的出現可導致流水線的執行被臨時停止，這也稱為流水線停頓。流水線停頓不涉及整個流水線的阻塞。當指令被停止時，典型地，僅減慢隨后命令的執行，而先前命令繼續執行。流水線執行中形成的間隙稱為流水線泡沫。

在流水線微體系結構中，舉例來說可發生如下流水線沖突：

-資源沖突(結構危害)：舉例來說，當兩個不同的流水線階段希望同時訪問相同的資源時，例如，相同的單端口存儲器，這種情況就發生了。

-數據依賴性(數據危害)：隨后的命令等待先前的命令，例如，以更新寄存器中的數據。

-控制流中的沖突(控制危害)：控制流發生沖突，其中從來自其他命令的數據獲得分支命令的目的地址，因此，分支命令的執行可被減慢例如對于來自其他命令的這些數據的估計時間。為了防止流水線的執行為此而停止，使用或實施分支預測，例如，預先推測性地計算分支地址。如果發現預測是正確的，則在沒有中斷的情況下執行繼續。然而，如果分支預測不正確，則其間執行的命令必須被拒絕(流水線刷新)。這占據了大量時間，特別對于長流水線微體系結構。當流水線再裝滿時，在某些流水線階段中，這必然形成流水線泡沫。

為了減少流水線泡沫，已知各種技術，其作用于編譯器中或流水線的硬件實現中或流水線微體系結構中。對于編譯器，通常，尋找配置參數集，使得流水線沖突的頻率對于指定應用最低。在硬件方面，在流水線微體系結構中通常實施額外的防備，以盡可能地防止流水線泡沫出現，或者促使處理器中流水線沖突的更快解決。

文檔WO?2004/111838A1描述了一種方法，其部分地避免了由于數據依賴性帶來的流水線沖突。在這個情境中，匹配的流水線階段保證了訪問相同寄存器的兩條命令不彼此阻塞。

文檔US?2003/0200421A1公開了一種方法，其中處理器重新組織在多次通過之后執行的命令，從而盡可能在沒有流水線沖突的情況下進行所述執行。在這些方法以及其他類似公開的情況下，主要強調了優化流水線體系結構以避免流水線沖突。

文檔EP?0352103A2提出了一種用于操作流水線處理單元的處理器和方法，其中借助于第一流水線部分中的流水線泡沫檢測裝置來檢測流水線泡沫，之后通過復寫操作消除流水線泡沫。

發明內容

本發明的目的在于提出一種微處理器和一種用于激勵微處理器的方法，所述微處理器能夠改善地避免流水線泡沫。

本發明通過權利要求1的微處理器和權利要求8的方法來實現該目的。

具體地，本發明基于以下思想：向流水線泡沫檢測裝置增加最小執行時鐘周期查明單元和/或真實執行時鐘周期查明單元，以便允許相對精確地分析流水線泡沫的出現。

根據本發明的微處理器優選地適于允許軟件開發者對于流水線沖突發生時執行程序代碼的質量的深度分析。

減少流水線泡沫的已知方法允許許多軟件開發者僅在有限程度主動地評估對于流水線沖突的避免的作用。典型的軟件開發者配置有為其計劃預先配置的編譯器，用于微處理器中的靜態流水線微體系結構。如果將他的程序代碼與其他程序代碼合并，則目前，他估計他的程序代碼引起流水線沖突的程度僅僅是不精確的。