[發明專利]一種提高重復程序執行性能的軟硬件協同緩存裝置

有效

• 申請號: 202010687037.1
• 申請日: 2020-07-16
• 公開（公告）號: CN111782273B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 陳小文;郭陽;陳紀孝;李勇;王耀華;張洋;劉暢;李晨
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

1.一種提高重復程序執行性能的軟硬件協同緩存裝置，其特征在于，包括：

起始寄存器，用來標識重復程序段的起始位置；

結束寄存器，用來識別重復程序段的結束位置；

計數寄存器，用來存儲重復程序執行的次數；

控制邏輯單元，用來判斷重復程序段是否落入特定的地址空間，同時控制執行包緩存開始存儲和派發執行包，并清除起始寄存器和結束寄存器的控制位和維護計數寄存器；

執行包緩存單元，用來存儲派發到功能部件的執行包信息；當將重復程序段的執行包全部緩存完后，由執行包緩存單元直接派發執行包到功能部件，同時暫停取指流水；

所述執行包緩存單元中控制器狀態機的執行包緩存包含3個狀態，空閑狀態idle，裝載狀態load，派發狀態dispatch；

所述狀態的切換條件包括：

(1)當檢測到將要執行的執行包地址落在了特定的地址空間或者檢測到開始寄存器的特定位被寫入了1，則將狀態切換到load狀態，開始緩存執行包；

(2)當檢測到將要執行的執行包的地址跳出了特定的地址空間或者檢測到結束寄存器的特定位被寫入了1，同時計數寄存器的值不為0，則將狀態切換到diapatch，暫停取指又執行包緩存直接向功能部件派發執行包；

(3)當檢測到計數寄存器的值為0，同時執行包緩存的派發計數器的值也為0，即重復程序的執行包都派發完了，將狀態切換到idle；

(4)當檢測到將要執行的執行包地址沒有落在特定的地址空間且開始寄存器的特定位也沒被寫入1，則狀態機維持在idle狀態；

(5)當檢測到將要執行的執行包地址仍然處在特定的地址空間且沒檢測到結束寄存器的特定位被寫1，則狀態機維持在load狀態；

(6)當派發計數器的值不為0，或者派發計數器的值為0且計數寄存器的值不為0時，則狀態機維持在dispatch狀態。

2.根據權利要求1所述的提高重復程序執行性能的軟硬件協同緩存裝置，其特征在于，當執行的不是重復程序時，選擇正常取指譯碼的執行包進行派發；當執行的重復程序時，直接派發執行包緩存中的執行包。

3.根據權利要求1所述的提高重復程序執行性能的軟硬件協同緩存裝置，其特征在于，所述執行包緩存單元的結構是一個深度為Y位寬為N*X+PC的緩存，其中Y是支持的重復程序包含的執行包長度，N是派發到功能部件的指令信息的位寬，X是功能單元的數量，PC是每個執行包的地址位寬；緩存的執行包信息包含指令域Inst_field和指令有效信息Inst_active。

4.根據權利要求1-3中任意一項所述的提高重復程序執行性能的軟硬件協同緩存裝置，其特征在于，所述執行包緩存單元的每一行都是一個執行包，所述執行包中包含多個部件的指令或只包含某一個部件的指令；當只包含一個部件的指令時，一行中就只有該部件的指令信息是有效的，即Inst_active為1，其他無效部件的Inst_active為0；當執行包緩存派發完畢或者需要作廢指令時將Inst_active置為0。

5.根據權利要求1-3中任意一項所述的提高重復程序執行性能的軟硬件協同緩存裝置，其特征在于，當所述執行包緩存單元派發分支指令時，訪存取指恢復執行，恢復取指流水，判斷分支目標指令是否和執行包緩存中的一致。

6.根據權利要求5所述的提高重復程序執行性能的軟硬件協同緩存裝置，其特征在于，當指令信息一致時，表明重復程序要求執行的次數還未執行完，要繼續派發執行包；如果指令信息不一致時，則表明重復程序要求執行的次數已經執行完，此時不再從執行包緩存中繼續派發執行包；同時取指流水已經在正常執行了。

7.根據權利要求6所述的提高重復程序執行性能的軟硬件協同緩存裝置，其特征在于，在派發分支指令時取指譯碼的執行包信息和執行包緩存中的指令包緩存信息一致，但還是選擇來自正常取指譯碼產生的執行包。

8.根據權利要求5所述的提高重復程序執行性能的軟硬件協同緩存裝置，其特征在于，當檢測到起始寄存器的特定位被寫了1，或者將要執行的執行包地址落在了特定的地址空間時，按照執行順序依次將派發到功能部件的執行包存儲到執行包緩存單元中。