[發明專利]超標量處理器中寄存器堆共享讀端口的系統、方法和介質

有效

• 申請號: 202011293529.9
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112463217B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 潘杰;耿恒生
• 申請（專利權）人: 海光信息技術股份有限公司
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 萬里晴

提供一種超標量處理器中寄存器堆共享讀端口的系統、方法和介質，該系統包括：多個執行單元的M個輸入端口，M是正整數；寄存器堆的N個讀端口，其中，讀端口號為x的讀端口與輸入端口號x至輸入端口號(x+M?N)的輸入端口相關聯，N和x是正整數，其中1≤x≤N，其中，響應于所述M個輸入端口中的一個輸入端口需要讀端口，則從所述相關聯的輸入端口中分配未被分配的讀端口中讀端口號最小的讀端口。本方案依靠讀端口映射的選擇以及發射隊列中指令的選擇策略達到充分共享讀端口的目的，還可以減少寄存器堆的實現面積，降低寄存器堆的功耗，幫助優化寄存器堆的時序。

技術領域

本公開涉及處理器技術領域，且更具體地，涉及超標量處理器中寄存器堆共享讀端口的系統和方法和介質。

背景技術

中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)指令中的依賴性包括數據依賴性，結構(資源)依賴性和控制依賴性。數據依賴性主要有三種RAW(Read After Write，寫后讀依賴)、WAR(Write After Read，讀后寫依賴)、WAW(Write After Write，寫后寫依賴)。假設指令j是在指令i后面執行的指令。RAW表示指令i將數據寫入寄存器后，指令j才能從這個寄存器讀取數據，如果指令j在指令i寫入寄存器前嘗試讀出該寄存器的內容，將得到不正確的數據。WAR表示指令i讀出數據后，指令j才能寫這個寄存器，如果指令j在指令i讀出數據前就寫該寄存器，將使得指令i讀出的數據不正確。WAW表示指令i將數據寫入寄存器后，指令j才能將數據寫入這個寄存器，如果指令j在指令i之前寫該寄存器，將使得該寄存器的值不是最新值。

在超標量處理器中，指令往往是多發射的，同一指令發射周期內最多能夠發射的指令條數取決于發射槽(或指令發射隊列)的寬度。超標量處理器為了實現指令級并行，使用動態調度的方法。在指令的順序執行過程中，除了發射槽的寬度之外，指令之間存在的數據依賴性成為了制約最大限度的指令級并行的重要因素。在超標量處理器的體系結構設計中多采用流水線技術，實現指令級的并行后，檢測相鄰流水級的各組指令之間是否存在數據依賴性也是確保程序能夠正確執行，動態調度指令的關鍵。

在超標量處理器設計中，由于WAW和WAR的假依賴性存在，阻礙了對程序的并行性的提高，因此引入了寄存器重命名(register rename)技術將這些假依賴性消除，已進一步提高程序的并行性。

仍然需要在超標量處理器設計中提高資源利用率。

發明內容

根據本公開的一個方面，提供一種超標量處理器中寄存器堆共享讀端口的系統，包括：多個執行單元的M個輸入端口，M是正整數；寄存器堆的N個讀端口，其中，讀端口號為x的讀端口與輸入端口號x至輸入端口號(x+M-N)的輸入端口相關聯，N和x是正整數，其中1≤x≤N，其中，響應于M個輸入端口中的一個輸入端口需要讀端口，則從相關聯的輸入端口中分配未被分配的讀端口中讀端口號最小的讀端口。

在一個實施例中，在第一指令發射周期中，以輸入端口號的第一優先級順序來為輸入端口分配讀端口，在與第一指令發射周期相鄰的第二指令發射周期中，以輸入端口號的與第一優先級順序不同的第二優先級順序來為輸入端口分配讀端口。

在一個實施例中，第一優先級順序是從輸入端口號1為最高優先級到輸入端口號N為最低優先級的順序，第二優先級順序是從輸入端口號N為最高優先級到輸入端口號1為最低優先級的順序。

在一個實施例中，在第一指令發射周期中、一個輸入端口號的優先級與在第二指令發射周期中、輸入端口號的優先級不同。

在一個實施例中，在一個指令發射周期中、需要讀端口的輸入端口的輸入端口號的優先級與輸入端口多長時間未被分配讀端口相關。

在一個實施例中，在M個輸入端口需要的讀端口的數量小于或等于N的情況下，則在一個指令發射周期內，為所有輸入端口分配讀端口。