[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于指針延遲更新的循環(huán)緩沖器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410581623.2
• 申請(qǐng)日: 2014-10-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104317361B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭宇波;楊軍;許江峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 杭州中天微系統(tǒng)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F1/16
• 分類(lèi)號(hào): G06F1/16;G06F1/32
• 代理公司: 杭州斯可睿專(zhuān)利事務(wù)所有限公司33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)處理器領(lǐng)域，尤其是一種循環(huán)緩沖器。

背景技術(shù)

數(shù)據(jù)處理器中存在大量功能不同的循環(huán)緩沖器，例如取指階段用于緩存預(yù)取指令的指令循環(huán)緩沖器(Instruction Buffer)、回寫(xiě)階段用于控制指令按序提交的重排序循環(huán)緩沖器(Reorder Buffer)和總線(xiàn)接口單元中用于加速存儲(chǔ)指令回寫(xiě)的回寫(xiě)循環(huán)緩沖器(Write Buffer)。傳統(tǒng)循環(huán)緩沖器無(wú)論是創(chuàng)建指針還是讀取指針采用的都是實(shí)時(shí)更新機(jī)制。

參照?qǐng)D1所示，傳統(tǒng)循環(huán)緩沖器10包括緩沖器12，創(chuàng)建指針電路14與讀取指針電路16。在緩沖器12接收到創(chuàng)建請(qǐng)求時(shí)，將該請(qǐng)求保存到創(chuàng)建指針18所選擇的緩沖單元26中，然后利用加法單元20將創(chuàng)建指針18加1后更新創(chuàng)建指針18；在接收到讀取請(qǐng)求時(shí)，獲取讀取指針22所選擇的緩沖單元20，然后利用加法單元24將讀取指針22加1后更新讀取指針22。另外，緩沖器的空/滿(mǎn)信息分別通過(guò)滿(mǎn)比較器28和空比較器30通過(guò)比較創(chuàng)建指針18與讀取指針22的相等性獲得。當(dāng)創(chuàng)建指針18與讀取指針22相等，表征緩沖器為空。當(dāng)讀取指針22經(jīng)過(guò)MSB反相器32與創(chuàng)建指針相等，表征緩沖器為滿(mǎn)。

數(shù)據(jù)處理器為了抵御功耗分析，通常需要削平程序運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的峰值功耗。而采用指針實(shí)時(shí)更新機(jī)制的循環(huán)緩沖器存在峰值功耗不易隱藏的問(wèn)題。例如，取指階段設(shè)置的指令循環(huán)緩沖器，每次指令從指令循環(huán)緩沖器中獲取后需要進(jìn)行預(yù)譯碼等一系列組合電路后發(fā)送給后級(jí)流水線(xiàn)，因此需要消耗較大的組合邏輯翻轉(zhuǎn)功耗。一旦指令能發(fā)送給后級(jí)流水線(xiàn)，更新讀取指針，選擇新的指令存儲(chǔ)單元。這樣，后級(jí)流水線(xiàn)和當(dāng)前流水線(xiàn)的組合邏輯同時(shí)在翻轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致較大的峰值功耗。另外，基于指令實(shí)時(shí)更新的指令循環(huán)緩沖器在指令流發(fā)生變化時(shí)，需要清除當(dāng)前指令緩沖器選擇的指令，從而產(chǎn)生無(wú)效的動(dòng)態(tài)功耗，影響處理器的平均功耗。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有循環(huán)緩沖器無(wú)法控制峰值功耗和平均功耗、資源利用效率較低的不足，本發(fā)明提供了一種有效控制峰值功耗和平均功耗、資源利用效率較高的基于指針延遲更新的循環(huán)緩沖器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于指針延遲更新的循環(huán)緩沖器，包括：緩沖器模塊，包括緩沖單元、滿(mǎn)比較器和空比較器；創(chuàng)建指針電路，用于選擇寫(xiě)入數(shù)據(jù)的緩沖單元；讀取指針電路，用于選擇讀出數(shù)據(jù)的緩沖單元；所述循環(huán)緩沖器還包括：創(chuàng)建指針凍結(jié)電路，連接于創(chuàng)建指針電路，凍結(jié)創(chuàng)建指針的移動(dòng)；讀取指針凍結(jié)電路，連接于讀取指針電路，凍結(jié)讀取指針的移動(dòng)；

所述創(chuàng)建指針凍結(jié)電路和讀取指針凍結(jié)電路接收凍結(jié)啟動(dòng)/結(jié)束請(qǐng)求，輸出創(chuàng)建指針延遲更新信號(hào)和讀取指針延遲更新信號(hào)，進(jìn)而凍結(jié)所述創(chuàng)建指針和讀取指針在接收所述循環(huán)緩沖器創(chuàng)建請(qǐng)求和讀取請(qǐng)求時(shí)的移動(dòng)。

進(jìn)一步，所述創(chuàng)建指針凍結(jié)電路包括一個(gè)凍結(jié)啟動(dòng)信號(hào)接收器，一個(gè)凍結(jié)結(jié)束信號(hào)接收器，一個(gè)凍結(jié)狀態(tài)機(jī)和一個(gè)指針延遲更新信號(hào)發(fā)生器；凍結(jié)啟動(dòng)信號(hào)接收器用于接收循環(huán)緩沖器的創(chuàng)建信號(hào)和凍結(jié)啟動(dòng)信號(hào)；凍結(jié)結(jié)束信號(hào)接收器用于接收到凍結(jié)結(jié)束信號(hào)；凍結(jié)狀態(tài)機(jī)連接于凍結(jié)啟動(dòng)信號(hào)接收器和凍結(jié)結(jié)束信號(hào)接收器的輸出端，接收狀態(tài)轉(zhuǎn)換請(qǐng)求，完成在空閑態(tài)和凍結(jié)態(tài)之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換；指針延遲更新信號(hào)發(fā)生器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)凍結(jié)狀態(tài)機(jī)，在凍結(jié)狀態(tài)機(jī)接收從空閑態(tài)進(jìn)入凍結(jié)態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換請(qǐng)求時(shí)開(kāi)始輸出創(chuàng)建指針延遲更新信號(hào)，直到凍結(jié)狀態(tài)機(jī)接收到凍結(jié)結(jié)束信號(hào)接收器輸出的從凍結(jié)態(tài)回到空閑態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換請(qǐng)求。

再進(jìn)一步，所述讀取指針凍結(jié)電路包括一個(gè)凍結(jié)啟動(dòng)信號(hào)接收器，一個(gè)凍結(jié)結(jié)束信號(hào)接收器，一個(gè)凍結(jié)狀態(tài)機(jī)和一個(gè)指針延遲更新信號(hào)發(fā)生器。所述讀取指針凍結(jié)電路具有和所述創(chuàng)建指針凍結(jié)電路相同的電路結(jié)構(gòu)。

所述循環(huán)緩沖器還包括創(chuàng)建請(qǐng)求屏蔽電路，接收所述創(chuàng)建指針凍結(jié)電路在所述凍結(jié)狀態(tài)機(jī)處于凍結(jié)態(tài)時(shí)輸出的緩沖器創(chuàng)建凍結(jié)信號(hào)，用于屏蔽此時(shí)循環(huán)緩沖器的創(chuàng)建請(qǐng)求，避免對(duì)所述創(chuàng)建指針選擇的緩沖單元內(nèi)容的覆蓋。

所述循環(huán)緩沖器還包括創(chuàng)建請(qǐng)求合并電路，接收所述創(chuàng)建指針凍結(jié)電路在所述凍結(jié)狀態(tài)機(jī)處于凍結(jié)態(tài)時(shí)輸出的緩沖器創(chuàng)建凍結(jié)信號(hào)，用于完成循環(huán)緩沖器的創(chuàng)建請(qǐng)求和所述創(chuàng)建指針選擇的緩沖單元內(nèi)容的合并。

所述循環(huán)緩沖器還包括讀取請(qǐng)求屏蔽電路，接收所述讀取指針凍結(jié)電路在所述凍結(jié)狀態(tài)機(jī)處于凍結(jié)態(tài)時(shí)輸出的緩沖器讀取凍結(jié)信號(hào)，用于屏蔽循環(huán)緩沖器的讀取請(qǐng)求，避免反復(fù)獲取所述讀取指針選擇的緩沖單元內(nèi)容。