[發明專利]混合式寄存器別名表恢復結構和方法

在審

• 申請號: 202010634383.3
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111984326A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 楊思博;李瑞;于敦山;周小龍
• 申請（專利權）人: 江蘇華創微系統有限公司;中國電子科技集團公司第十四研究所
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳彩云

本發明公開了混合式寄存器別名表恢復結構和方法，在指令取消完成后，判斷重命名記錄表中哪些項被無效，根據被無效的項判斷出無效操作發生在重命名記錄表中的具體區間，將發生無效操作的區間的區間記錄器的內容進行統計，得到待恢復列表，根據待恢復列表的有效項檢索各個部分檢查點和使用重命名記錄掃描器對重命名記錄表進行掃描。發明中的部分檢查點只針對寄存器別名表中的部分項目保存部分備份，因此實現所需的資源比單純的檢查點恢復技術小的多，部分檢查點也可以幫助恢復部分項目，所以重命名掃描器的工作負擔比單純的掃描恢復技術小的多，如果是同樣的恢復周期占用的資源更少，或者占用同樣的資源掃描周期更短。

技術領域

本發明涉及混合式寄存器別名表恢復技術領域，具體為混合式寄存器別名表恢復結構和方法。

背景技術

現代處理器普遍使用了寄存器重命名技術來解決程序中的資源沖突和偽相關，以增加指令亂序執行的靈活性。寄存器別名表(Register Alias Table，簡稱RAT)是實現寄存器重命名的關鍵部件，它記錄了邏輯寄存器地址與物理寄存器地址之間的對應關系。當指令需要寫寄存器時，將新分配的物理地址根據寄存器的邏輯地址寫入到寄存器別名表中，使得后繼依賴這個結果的指令可以獲取保存這個結果的物理寄存器地址；當指令要需要讀取寄存器時，根據寄存器的邏輯地址索引寄存器別名表，讀出當前對應的物理地址替換原來的邏輯地址。

寄存器別名表主要的設計難度在于當出現分支預測錯誤或者異常時需要取消未完成的指令，而這些指令有些已經經過了寄存器重命名，如果它們需要寫結果到寄存器，那么就會更新寄存器別名表的內容，即用新分配的寄存器物理地址替換掉原來的值。由于這些指令被取消，因此這些物理寄存器的內容是無效的，保存在寄存器別名表中的寄存器邏輯地址到物理地址的對應關系必須被恢復到這些指令進行重命名之前的有效狀態。

由于可能有很多指令被同時取消，這些被取消的指令有可能多次改寫寄存器別名表的同一位置，因此在進行對寄存器別名表的恢復操作時，必須區分哪些改寫操作是有效的，哪些是無效需要被撤銷的。

對寄存器別名表的恢復有兩種傳統方法：

(1)通過檢查點進行恢復：每遇到一條分支指令，就保存一份當前的寄存器別名表的鏡像，保存的鏡像稱為檢查點(check point)，當需要對寄存器別名表進行恢復時，根據當前最新的分支指令，將對應的檢查點的內容復制到寄存器別名表中完成恢復操作。

(2)通過掃描進行恢復：因為需要更新體系結構寄存器，所以對寄存器別名表的改寫在ROB中或者其他模塊中留有記錄，通過對這個記錄的掃描來獲得各個寄存器邏輯地址與物理地址的最新映射關系。

對于使用檢查點的方法，如果處理器允許更多的指令亂序執行，往往也伴隨著其中有更多的分支指令，這就導致需要保存的檢查點的數量增加，進而造成芯片面積增長以及隨之而來的連線過長對時序的影響。

對于掃描的方法，處理器允許更多的指令亂序執行導致對寄存器別名表的改寫記錄也變的更長，導致掃描過程變長，同樣帶來面積和時序的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供混合式寄存器別名表恢復結構和方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

根據本發明的第一方面，提供混合式寄存器別名表恢復結構，包括重命名記錄表、區間記錄器、重命名記錄掃描器、區間多選器、部分檢查點和待恢復列表；

重命名記錄表：按照程序順序記錄未提交的每一條對寄存器別名表的改寫記錄，當對寄存器別名表進行恢復時為掃描的對象；

區間記錄器：將重命名記錄表按照程序順序平均分成多個區間，每個區間有一個記錄器記錄寄存器別名表的每一個表現是否在這個區間內被改寫；

重命名記錄掃描器：對重命名記錄表進行掃描；