[發明專利]支持現場快速切換的通用寄存器裝置

無效

• 申請號: 201110363151.X
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102520909A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 陳志堅;葛海通;尚云海;胡軍山
• 申請（專利權）人: 杭州中天微系統有限公司
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本發明涉及微處理器體系結構設計，尤其涉及通用寄存器裝置。

背景技術

依據指令架構劃分，當今的微處理器分為精簡指令集處理器(RISC)和復雜指令集處理器(CISC)兩大類。其中精簡指令集處理器以ARM、MIPS、Power為典型代表。精簡指令集處理器區別于復雜指令集處理器的最大特征是引入了通用寄存器堆(General?PurposeRegister，GPR)，用以提供處理器運算所需要的數據。處理器運算的操作數均來自通用寄存器堆，而不是通過直接訪問內存獲得。作為處理器運算過程中的數據區，通用寄存器堆需要在進程切換時進行現場的保存和恢復。由于GPR保存和恢復的過程需要消耗大量的存儲器加載、存儲指令，導致進程切換的延時增加，這在對實時性要求嚴格的應用領域是無法容忍的。同時，頻繁的現場切換導致的GPR保存和恢復也會帶來處理器整體功耗的增加。目前，在減少GPR保存與恢復成本，尤其是避免關鍵進程的現場切換成本，加快進程響應速度方面，普遍的做法是通過實現多份GPR實現。計算機軟件或者硬件通過為每份GPR分配某些特定進程，避免了在該進程切換時的現場保存與恢復成本。

但是該方法的每份GPR均要實現相同數目的讀端口和寫端口。隨著拷貝份數的增加，整體GPR的讀端口和寫端口呈線性增長，導致通用寄存器堆的訪問時間延長以及電路布線復雜度大大增加。尤其是在超標量處理器和VLIW處理器中，由于每份GPR需要提供多個讀口與寫口，增加GPR拷貝的方法將造成整體GPR寄存器讀寫口的爆炸性增長。傳統的支持現場切換的通用寄存器堆具有很大的局限性。

發明內容

為了克服傳統的支持現場切換的通用寄存器堆存在的訪問時序差、硬件結構布線復雜度高等缺陷，本發明提供了一種可有效減少寄存器堆讀寫口、優化寄存器堆訪問時序與布線復雜度的通用寄存器裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種支持現場快速切換的通用寄存器裝置，所述寄存器裝置包括：

通用寄存器單元，包含N個寄存器子片，其中包括一個現場寄存器子片與N-1個后臺寄存器子片，N為自然數，且N≥2；

現場切換控制單元，用于實時監視處理器現場切換條件與處理器執行情況，產生寄存器子片切換請求，將目標現場的寄存器子片拷貝至現場寄存器子片中，并將現場寄存器子片拷貝回目標寄存器子片。

進一步，每個寄存器子片均包含寄存器，現場寄存器子片的寄存器個數P等于處理器提供的通用寄存器個數S，后臺寄存器子片的寄存器個數Q小于或者等于通用寄存器數目；

所述現場切換控制單元中，發生現場切換時，目標現場的寄存器子片被保存至現場寄存器子片中，并與現場寄存器子片的其余(S-Q)個寄存器構成新的現場寄存器子片，同時保存原現場寄存器子片的Q個寄存器至后臺寄存器子片中。

本發明的有益效果主要表現在：1)提高通用寄存器堆的訪問速度。本發明通過在現場切換時寄存器子片之間進行內容拷貝，實現處理器僅訪問現場寄存器子片，避免了傳統寄存器堆設計存在的處理器需訪問全部寄存器子片的問題，加快了通用寄存器堆的訪問速度；2)降低了寄存器堆的電路布線復雜度。本發明中，處理器僅訪問現場寄存器子片，結果也僅回寫現場寄存器子片，避免了操作數訪問與結果回寫與其余寄存器子片的通信，有效減少了寄存器堆在電路設計中的布線復雜度與布線成本；3)靈活性好。本裝置涉及的方法均適用于不同數目寄存器子片的寄存器堆，也支持寄存器子片內寄存器數目的不同。

附圖說明

圖1是RISC處理器存儲結構示意圖。

圖2是32位RISC指令格式示意圖。

圖3是RISC處理器的通用寄存器訪問與回寫邏輯示意圖。

圖4是現場切換的軟件操作示意圖。

圖5是支持現場快速切換的通用寄存器裝置的結構圖。

圖6是寄存器構件結構示意圖。

圖7是現場切換控制單元的狀態轉換示意圖。

圖8是現場切換前后寄存器內容示意圖。

圖9是現場切換控制單元結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步描述：

參照圖1～圖9，一種支持現場快速切換的通用寄存器裝置，所述寄存器裝置包括：

通用寄存器單元，包含N個寄存器子片，其中包括一個現場寄存器子片與N-1個后臺寄存器子片，N為自然數，且N≥2；