[發明專利]一種基于指令凋零的多指令亂序發射方法及處理器

有效

• 申請號: 202010264562.2
• 申請日: 2020-04-07
• 公開（公告）號: CN111538534B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 虞致國;馬曉杰;魏敬和;顧曉峰
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G06F9/302
• 分類號: G06F9/302;G06F9/38
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 彭素琴

1.一種多指令亂序發射方法，其特征在于，在處理器的指令亂序發射架構中增加一個指令凋零電路，用于將新分配的指令存入發射隊列，并對發射隊列中的指令實現凋零操作；所述方法包括：

將指令凋零電路中各指令對應的指令年齡的最高位設置為指令的喚醒狀態位，指令年齡的其余位表示指令本征年齡；喚醒狀態位用來表示對應的指令是否被喚醒，發射隊列中被喚醒的指令年齡大于非喚醒的指令年齡；

設定凋零閾值，當某一指令的指令年齡超過凋零閾值時，指令年齡陣列觸發凋零信號，使該指令發生凋零；發生凋零的指令無需經過仲裁就可被隨機選擇進行發射，實現多指令的亂序發射；

所述發射隊列中各指令根據指令年齡和喚醒狀態確定發射順序；

凋零閾值調整器的輸入為指令年齡陣列中各指令的年齡，輸出為凋零閾值x，即：

其中，σ為指令年齡的方差，μ為指令年齡的期望，α為調節系數，α滿足

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在喚醒指令時，對執行周期短的指令延遲喚醒，對執行周期長的指令提前喚醒，以保證指令能夠背靠背執行。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法在喚醒指令時，當具有前后順序的指令中在前指令被發射后，處理器等待在前指令執行完畢后再喚醒在后指令。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述指令亂序發射架構還包括指令分配電路，基于類加法器的指令請求電路和動態延遲喚醒電路；

所述指令分配電路用于將物理寄存器發送過來的多條指令分配給發射隊列中空閑的表項；

所述基于類加法器的指令請求電路用于統計發射隊列中表項空閑信號總數，并用特殊編碼對空閑信號的數量進行編碼，若經過該編碼的空閑信號總數小于同樣經過該編碼的指令發射寬度，則向物理寄存器堆發出指令請求信號；

所述動態延遲喚醒電路用于在待發射指令的源寄存器編號和已發射指令的目的寄存器編號相等時送出喚醒信號，同時，喚醒電路通過指令執行辨別電路識別待發射指令的執行周期，根據待發射指令的執行周期調整喚醒信號順序，以保證指令能夠背靠背執行。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述指令凋零電路包含指令年齡陣列、發射隊列、凋零閾值調整器、沉降池、全局年齡特征提取電路；

所述指令年齡陣列用于表示發射隊列中各指令的指令年齡以及是否被喚醒；

所述發射隊列用于存放從物理寄存器發送過來的指令；發射隊列設計為非壓縮結構，即某表項中指令的物理寄存器編號被發射后呈空閑態時，其它表項不會進行移位，每個表項除了暫存當前指令的物理寄存器編號，還記錄當前指令的喚醒狀態以及表項是否為空閑狀態；

所述凋零閾值調整器用于根據沉降池的空閑表項數和仍存留發射隊列中的指令的年齡值，動態調整并輸出凋零閾值；

所述沉降池用于存有滿足凋零條件的凋零指令；

所述全局年齡特征提取電路用于統計全局年齡特征。

6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于類加法器的指令請求電路包括類加法層和后log2(n/2)層移位邏輯層，n代表發射隊列中的表項數。

7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述動態延遲喚醒電路由比較器、指令執行辨別電路、寄存器構成；喚醒電路的輸入為待發射指令的源寄存器編號和已發射指令的目的寄存器編號，通過比較器比較待發射指令的源寄存器編號和已發射指令的目的寄存器編號是否相等，若相等則送出喚醒信號；同時喚醒電路通過指令執行辨別電路識別待發射指令的執行周期，并輸出待發射指令的周期數，寄存器通過待發射指令的周期數對將要送出的喚醒信號進行寄存，從而達到對喚醒信號順序調整的目的。