[發(fā)明專利]一種用于低功耗處理器的加快條件跳轉(zhuǎn)執(zhí)行的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410584307.0
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104331268A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江鵬;王曉峰;張文蒙
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州中天微系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30;G06F9/302;G06F9/305
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低功耗處理器，尤其是一種在硬件資源要求不高的情形下加快條件跳轉(zhuǎn)執(zhí)行速度的裝置。

背景技術(shù)

當(dāng)前對于嵌入式處理器來說，都是采用流水線的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算。經(jīng)典的五級流水線分為取指級、譯碼級、執(zhí)行級、內(nèi)存訪問級和寫回級，對于條件跳轉(zhuǎn)執(zhí)行而言，如果條件跳轉(zhuǎn)有效，需要改變程序執(zhí)行流，因此為了提高取指效率，一般條件跳轉(zhuǎn)就需要在取指級就進(jìn)行判斷，這樣可以減少流水線空泡。而對于程序流來說，存在一種情況是條件跳轉(zhuǎn)指令判定跳轉(zhuǎn)的條件需要上一條指令在執(zhí)行級運(yùn)算后的結(jié)果，因此需要將后一級的結(jié)果直通給取指級進(jìn)行運(yùn)算。

對于低功耗處理器來說，由于對功耗的要求比對性能的要求高，因此流水線比較簡單。對于一個(gè)三級流水線的處理器來說，如果只有取指級、執(zhí)行級和回寫級，那么需要在取指級進(jìn)行跳轉(zhuǎn)指令的判定。一種處理方式是直接采用靜態(tài)預(yù)測，預(yù)測總是跳或者不跳，到執(zhí)行級來確認(rèn)預(yù)測正確與否。這種機(jī)制雖然簡單，但是預(yù)測準(zhǔn)確率低，對性能損失太多，現(xiàn)在的嵌入式處理器一般都不采用這種方式。還有一種方式就是采用直通的方式，從執(zhí)行級取回C標(biāo)志位進(jìn)行取指級跳轉(zhuǎn)指令的判定。但是存在一種情形是如果執(zhí)行級處理的指令操作數(shù)仍舊需要從片外讀回一個(gè)值，然后從寫回級直通回執(zhí)行級用于算術(shù)運(yùn)算，算數(shù)運(yùn)算完成后的C標(biāo)志位再直通給取指級進(jìn)行條件跳轉(zhuǎn)的判定，如果需要跳轉(zhuǎn)，那么需要再向片外發(fā)起新的取指令請求，那么整條運(yùn)算路徑將會過長，這條路徑將會是處理器的關(guān)鍵路徑，嚴(yán)重影響處理器的工作頻率。

為了克服已有的低功耗處理器對條件跳轉(zhuǎn)處理機(jī)制的不足，在硬件資源要求提高不多的情形下，本發(fā)明提供了一種用于低功耗處理器的加快條件跳轉(zhuǎn)執(zhí)行的裝置。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有技術(shù)低功耗處理器在條件跳轉(zhuǎn)處理方式的執(zhí)行速度較慢、影響處理器性能的不足,本發(fā)明提供了一種有效加快執(zhí)行速度、提升處理器性能的用于低功耗處理器的加快條件跳轉(zhuǎn)執(zhí)行的裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種用于低功耗處理器的加快條件跳轉(zhuǎn)執(zhí)行的裝置，所述裝置包括：

流水線邏輯控制模塊，用于處理器在執(zhí)行條件跳轉(zhuǎn)指令時(shí)對操作數(shù)準(zhǔn)備模塊，條件跳轉(zhuǎn)執(zhí)行模塊，算術(shù)邏輯運(yùn)算模塊，C標(biāo)志位專用運(yùn)算模塊，C標(biāo)志位寄存器，C標(biāo)志位選擇模塊和寄存器組讀寫控制模塊的控制及數(shù)據(jù)的處理，感知處理器所處狀態(tài)并對指令流進(jìn)行譯碼，將譯碼后信息輸出給操作數(shù)準(zhǔn)備模塊和C標(biāo)志位選擇模塊，最后根據(jù)C標(biāo)志位選擇模塊輸出的C標(biāo)志位無效信息堵塞流水線；

操作數(shù)準(zhǔn)備模塊，用于接受流水線邏輯控制模塊的控制，通過流水線邏輯控制模塊輸入的指令流譯碼信息，相應(yīng)地提供給算術(shù)邏輯運(yùn)算模塊和C標(biāo)志位專用運(yùn)算模塊所需的操作數(shù)；

條件跳轉(zhuǎn)執(zhí)行模塊，用于接受流水線邏輯控制模塊的控制，從C標(biāo)志位選擇模塊中得到所需的C標(biāo)志位數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同指令類型判定是否需要跳轉(zhuǎn)，最終完成條件跳轉(zhuǎn)指令的執(zhí)行；

算術(shù)邏輯運(yùn)算模塊，用于接受流水線邏輯控制模塊的控制，從操作數(shù)準(zhǔn)備邏輯模塊中得到所需的運(yùn)算操作數(shù)，針對所有的算數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等運(yùn)算進(jìn)行操作并得到操作結(jié)果，所述操作結(jié)果包括C標(biāo)志位結(jié)果，然后輸出給寄存器組讀寫控制模塊和C標(biāo)志位寄存器，用于寄存器的回寫；

C標(biāo)志位專用運(yùn)算模塊，用于接受流水線邏輯控制模塊的控制，該模塊僅僅實(shí)現(xiàn)結(jié)果中包含C標(biāo)志位的指令所對應(yīng)的執(zhí)行邏輯，從操作數(shù)準(zhǔn)備邏輯模塊中得到所需的運(yùn)算操作數(shù)，只用于計(jì)算C標(biāo)志位，并將所得的C標(biāo)志位直通給C標(biāo)志位選擇模塊；

C標(biāo)志位寄存器，用于接受流水線邏輯控制模塊的控制，存儲算數(shù)邏輯運(yùn)算模塊中計(jì)算得到的C標(biāo)志位結(jié)果，并將該C標(biāo)志位寄存器的值直通給C標(biāo)志位選擇模塊；

C標(biāo)志位選擇模塊，用于接受流水線邏輯控制模塊的控制，根據(jù)流水線邏輯控制模塊中得到的指令流信息，從C標(biāo)志位專用運(yùn)算模塊或者C標(biāo)志位寄存器中選通一路，將選通的C標(biāo)志位提供給條件跳轉(zhuǎn)執(zhí)行模塊；

寄存器組讀寫控制模塊，用于接受流水線邏輯控制模塊的控制，控制除C標(biāo)志位外的指令運(yùn)算結(jié)果的回寫，并根據(jù)算術(shù)邏輯運(yùn)算模塊的請求讀出相應(yīng)的寄存器數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述流水線邏輯控制模塊中，實(shí)時(shí)監(jiān)測流水線狀態(tài)，根據(jù)條件跳轉(zhuǎn)指令所處的指令流，向C標(biāo)志位選擇模塊輸出不同的指令流信息，該指令流信息分為三種情形：

情形一為當(dāng)前跳轉(zhuǎn)指令和之前的指令沒有數(shù)據(jù)相關(guān)性；

情形二為當(dāng)前跳轉(zhuǎn)指令和之前指令存在數(shù)據(jù)相關(guān)性，而且C標(biāo)志位的運(yùn)算操作數(shù)不來自片外的內(nèi)存讀取結(jié)果；