[發明專利]一種基于指令載荷的流水線動態配置系統及方法

有效

• 申請號: 201811432113.3
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109542517B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 王渙;牛英山
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十七研究所
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李巨智

本發明涉及一種基于指令載荷的流水線動態配置系統及方法，系統包括：指令載荷計數器輸入端連接處理器，輸出端連接流水線級數開關；流水線級數開關，連接流水線結構模塊；流水線結構模塊連接指令存儲器；處理器連接指令存儲器，連接流水線結構模塊；方法包括：指令載荷計數器從處理器中取出指令地址和控制信號，進行計數并輸出ICount信號，發送到流水線級數開關，判斷對應的流水線級別，并輸出相應的流水線開關信號PSwitch到流水線結構模塊，流水線結構模塊對流水線進行開關控制。本發明通過對所取指令的地址、控制信號進行計數，判斷指令載荷的級別，當指令載荷高時，多開啟流水線，當指令載荷低時，少開啟流水線，降低處理器不必要的功耗。

技術領域

本發明涉及指令流水線領域，具體地說是一種基于指令載荷的流水線動態配置系統及方法。

背景技術

在高性能的微處理器系統中，隨著應用中取指令越來越頻繁，較多的流水線條數能夠帶來越來越高的指令吞吐率，但流水線條數的增加也帶來了芯片溫度的大幅度增加。過高的溫度，給系統的穩定性帶來了致命的威脅。如果這種威脅發生在軍事、經濟等關乎民生的領域，將是災難性的。如果為了更高的應用需求，而無限制的增加流水線的條數，會帶來過高的溫度與更高的功耗。因此，如何降低功耗是未來處理器設計的重點難題。

目前，平衡高指令吞吐率和低功耗的矛盾，主要采取固定條數流水線的結構，并沒有根本解決兩者之間的矛盾。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于指令載荷的流水線動態配置系統及方法，解決高指令吞吐率和低功耗之間存在矛盾，無法平衡的問題。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種基于指令載荷的流水線動態配置系統，包括：

指令載荷計數器，包括輸入端和輸出端，所述輸入端連接處理器，從處理器中取出指令地址和控制信號，并對指令地址和控制信號進行計數并輸出ICount信號，所述輸出端連接流水線級數開關，將ICount信號發送到流水線級數開關；

流水線級數開關，連接流水線結構模塊，根據指令載荷計數器發送的ICount信號，判斷對應的流水線級別，并輸出相應的流水線開關信號PSwitch到流水線結構模塊；

流水線結構模塊，連接指令存儲器，從指令存儲器中調取指令，并執行；接收流水線開關信號PSwitch，并根據該流水線開關信號PSwitch對流水線進行開關；

處理器，連接指令存儲器，向指令存儲器發送指令地址；連接流水線結構模塊，向流水線結構發送指令地址和控制信號。

進一步的，指令載荷計數器包括：

指令計數器，采集指令地址，根據時鐘周期輸出計數值，作為出ICount信號；

定時器，向指令計數器輸出時鐘信號。

進一步的，流水線開關信號PSwitch包括若干位，每一位與一級流水線一一對應。

一種基于指令載荷的流水線動態配置系統的流水線動態配置方法，包括：

指令載荷計數器從處理器中取出指令地址和控制信號，并對指令地址和控制信號進行計數并輸出ICount信號，將ICount信號發送到流水線級數開關，根據指令載荷計數器發送的ICount信號，判斷對應的流水線級別，并輸出相應的流水線開關信號PSwitch到流水線結構模塊；流水線結構模塊接收流水線開關信號PSwitch，并根據該流水線開關信號PSwitch對流水線進行開關控制。

進一步的，根據指令載荷計數器發送的ICount信號，判斷對應的流水線級別包括：

設定流水線級別，并為每個級別分配計數值，形成計數值與級別的對應關系，該計數值范圍為0～100；