[發(fā)明專利]一種精簡指令集計(jì)算機(jī)指令功能擴(kuò)展的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110261019.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN112947999B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施軍;葉晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 超睿科技（上海）有限公司
• 主分類號(hào): G06F9/30
• 分類號(hào): G06F9/30;G06F9/38
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

1.一種精簡指令集計(jì)算機(jī)指令功能擴(kuò)展的方法，其特征在于，包括：

1）確定要增強(qiáng)的目標(biāo)指令功能；

2）使用現(xiàn)有指令集的指令實(shí)現(xiàn)目標(biāo)指令功能，得到對(duì)應(yīng)的固定指令序列；

3）在編譯器中實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)指令功能進(jìn)行識(shí)別和使用對(duì)應(yīng)的固定指令序列實(shí)現(xiàn)；

4）在處理器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)固定指令序列探測并變換為增強(qiáng)指令，所述增強(qiáng)指令為處理器的內(nèi)部指令、對(duì)程序員不可見且不是現(xiàn)有指令集的一部分；

5）在處理器內(nèi)部為目標(biāo)指令功能增加的邏輯部件實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)指令的執(zhí)行；

步驟1）中確定要增強(qiáng)的目標(biāo)指令功能在目標(biāo)精簡指令集中包含多條指令，步驟1）中確定要增強(qiáng)的目標(biāo)指令功能為下述兩種方式中的一種：方式1，通過正向分析程序的指令功能，分析目標(biāo)精簡指令集實(shí)現(xiàn)的指令數(shù)和執(zhí)行延遲，根據(jù)指令數(shù)和執(zhí)行延遲選擇某一種指令功能作為要增強(qiáng)的目標(biāo)指令功能；方式2，針對(duì)程序采用目標(biāo)精簡指令集的編譯結(jié)果，參照采用其他指令集的編譯結(jié)果，選擇某一種指令功能作為要增強(qiáng)的目標(biāo)指令功能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精簡指令集計(jì)算機(jī)指令功能擴(kuò)展的方法，其特征在于，所述選擇某一種指令功能時(shí)采用的參數(shù)指標(biāo)包括：指令功能的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，所述實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度包括硬件開銷，所述硬件開銷包括邏輯量、面積、功耗中的至少一種或多種指標(biāo)；指令功能的延遲，所述延遲是指指令功能需要多少個(gè)時(shí)鐘周期可以完成；指令功能的輸入和輸出的個(gè)數(shù)和類型是否超過現(xiàn)有數(shù)據(jù)通路。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精簡指令集計(jì)算機(jī)指令功能擴(kuò)展的方法，其特征在于，步驟2）中使用現(xiàn)有指令集的指令實(shí)現(xiàn)目標(biāo)指令功能時(shí)，得到對(duì)應(yīng)的固定指令序列中的指令共用目的寄存器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精簡指令集計(jì)算機(jī)指令功能擴(kuò)展的方法，其特征在于，步驟4）中在處理器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)固定指令序列探測并變換為增強(qiáng)指令時(shí)，還包括將固定指令序列中共用目的寄存器的上一條指令優(yōu)化為空操作指令的步驟。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精簡指令集計(jì)算機(jī)指令功能擴(kuò)展的方法，其特征在于，步驟5）在處理器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)指令的執(zhí)行時(shí)，處理器的指令執(zhí)行步驟包括：

S1）取指令；

S2）在譯碼前，首先通過操作數(shù)對(duì)連續(xù)的指令探測是否為固定指令序列，若探測到固定指令序列，則判斷固定指令序列中指令的目的寄存器是否相同，如果目的寄存器不同，則將固定指令序列變換為增強(qiáng)指令，并保持固定指令序列中共用目的寄存器的上一條指令不變；如果目的寄存器相同，則將固定指令序列變換為增強(qiáng)指令，并將固定指令序列中共用目的寄存器的上一條指令優(yōu)化為空操作指令；然后在進(jìn)行指令譯碼；

S3）針對(duì)譯碼得到的指令進(jìn)行指令分派；

S4）指令發(fā)射；

S5）指令執(zhí)行，若被執(zhí)行的指令為增強(qiáng)指令，則通過處理器中對(duì)應(yīng)的邏輯部件執(zhí)行；

S6）將指令執(zhí)行結(jié)果寫回目標(biāo)寄存器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精簡指令集計(jì)算機(jī)指令功能擴(kuò)展的方法，其特征在于，步驟1）中確定要增強(qiáng)的目標(biāo)指令功能為從一個(gè)rs寄存器中二進(jìn)制比特串中獲取特定的比特并放到rd寄存器的低位的二進(jìn)制比特操作；步驟2）中的現(xiàn)有指令集為RISC-V指令集、且得到對(duì)應(yīng)的固定指令序列包括Slli rd0,rs1,#imm0和Slri rd0,rd0,#imm1兩條指令，其中slli為帶立即數(shù)的邏輯左移指令，slri為帶立即數(shù)的邏輯右移指令，rd0和rs1均為寄存器，#imm0和#imm1分別為兩個(gè)立即數(shù)；步驟4）中在處理器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)固定指令序列探測并變換為增強(qiáng)指令后得到的增強(qiáng)指令包括：nop和Bext rd0, rs1, #imm0, #imm1兩條指令，其中nop為空操作指令，Bext為增強(qiáng)指令功能對(duì)應(yīng)的指令增強(qiáng)功能編碼指令，#imm0和#imm1分別為兩個(gè)立即數(shù)。

7.一種精簡指令集計(jì)算機(jī)指令功能擴(kuò)展的裝置，包括相互連接的微處理器和存儲(chǔ)器，其特征在于，該微處理器被編程或配置以執(zhí)行權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述精簡指令集計(jì)算機(jī)指令功能擴(kuò)展的方法的步驟。

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有被編程或配置以執(zhí)行權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述精簡指令集計(jì)算機(jī)指令功能擴(kuò)展的方法的計(jì)算機(jī)程序。