[發明專利]應用于數字信號處理器的指令緩存器

有效

• 申請號: 201010507928.0
• 申請日: 2010-10-12
• 公開（公告）號: CN101968734A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 劉小明;洪一;郭二輝;耿銳
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明涉及一種應用于數字信號處理器的指令緩存器，屬數字信號處理器技術領域。

背景技術

目前，數字信號處理器中的指令緩存器是存在于指令存儲器和執行單元之間的一個FIF0，其作用主要在于：

1.緩存取指單元流水的輸入(輸入到緩存器中的指令)，保持取指單元與流水中其他執行單元的獨立性，保證取指操作在執行單元停止工作時，在特定情況下仍然能夠緩存指令，提高運行效率。

2.引入緩存器可以不必要求指令存儲器中的指令對齊存儲，緩存器可以從不對齊的指令行中自動提取完整的執行行，從而節省存儲空間。

目前市場上大量采用的高端通用數字信號處理器主要有AD公司的TS20X系列和TI公司TMS320C64系列。AD公司的TS20X系列處理器的指令緩存器，包括5級流水，每級流水最多包括4個指令槽。在處理器正常運行過程中，由于某種原因清除流水時，就指令緩存而言，會有5級指令流水被清除，相對于含較少流水級的指令緩存器性能損失較大。TS20X系列處理器的指令緩存器可以同時發射1到4條32位指令，對于更高的指令總線寬度，該緩存器的結構并不十分適合。

因此，針對不同處理器的程序控制邏輯，需引入不同結構的指令緩存器，以期最大限度的提高指令的執行效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種在處理器正常運行過程中，能夠有效減少清除指令流水帶來的性能損失，有效提高信號處理器處理能力的應用于數字信號處理器的指令緩存器。

其技術方案是：

一種應用于數字信號處理器的指令緩存器，其特征在于：所述指令緩沖器為三級緩存結構，三級緩存依次相連，每級緩存包含16個指令槽，每個指令槽存儲一個32位指令字；支持進入緩存器的為一個包含16條32位指令字的指令行；在緩存的第一和第二級允許擠除廢棄的氣泡行，在緩存的第三級完成指令執行行的提取、拼接和發射。

上述每個指令行至少需要包括一個行結束標志。

上述每條指令行包含若干個執行行，執行行之間利用指令字中攜帶的行結束標志分割。

上述緩存器的第一和第二級存在無用氣泡行時，若其對應的前一級被阻塞，允許擠除氣泡行。

上述緩存器在第三級殘存不足一個完整執行行情況下，若第二級為中斷服務首指令則允許將第三級殘存指令作為廢指令清除。

上述緩存器發射出去的為一個完整的執行行，該執行行可以從第三級緩存直接提取，在第三級緩存不含完整執行行的情況下，該執行行由第三級的剩余指令和第二級的第一個執行行拼接獲得。

其技術效果是：本發明采用三級流水結構，可以有效減少清除指令流水帶來的性能損失。在前一級流水被停頓的情況下，允許擠除第一和第二級緩存中的無用氣泡行，同時接受新的指令行進入指令緩存器替換原氣泡行的位置，這樣可以有效降低處理分支或中斷等情況引入氣泡行所帶來的性能損失。每級指令緩存包含16個指令槽，每個指令槽存儲一個32位指令字，通過行結束標志進行執行行分割，可以從第三級直接提取或從第三和第二級拼接執行行發射到下級流水，執行行包含的32位指令數從1至16條不等，有效提高信號處理器的處理能力。

附圖說明

圖1是本發明的結構框圖；

圖2是指令行結構示意圖；

圖3是32位指令字的結構示意圖；

圖4指令的發射與拼接圖。

具體實施方式

如圖1所示，在指令緩存器所處的高性能數字信號處理器共分11級流水線，指令緩存器占其中的三級。三級緩存IAB3、IAB2和IAB1依次相連，指令行從第1級緩沖IAB3進入。

如圖2所示，指令行是數字信號處理器一個取指操作所提取的全部指令，每個指令行包括16條32位指令字，這16條指令分別用instruction0至instructionf表示。每個指令行可以包括若干個執行行，執行行之間通過行結束標志分割。每個指令行至少需要包括一個行結束標志，否則，指令緩存器將無法正常工作。

本發明一次可以發射一個執行行或者一個無用的氣泡行(氣泡使用全0表示)。執行行是數字信號處理器執行單元一次接收的全部指令。一個指令執行行可以包括1至16個有效指令字，指令行中最末一條指令包含一個行結束標志。單條指令的基本結構如圖3所示，行結束標志位于指令字的最高位即第31位。如果行結束標志為1，則表示該標志所處的指令為某一執行行的最后一條指令，兩個行結束標志位之間的指令構成一個完整執行行。指令緩存器中指令的發射與拼接過程如圖4所示。

指令緩存器具體工作方式如下所述：