[發(fā)明專利]一種面向安全防護(hù)的分支指令執(zhí)行方法和電子裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110443662.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113076136A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃立波;童敢;郭輝;鄭重;鄧全;倪曉強(qiáng);郭維;雷國(guó)慶;王俊輝;隋兵才;孫彩霞;王永文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F9/30
• 分類號(hào): G06F9/30;G06F9/32;G06F9/38
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

1.一種面向安全防護(hù)的分支指令執(zhí)行方法，其特征在于，包括：

1)在取指階段對(duì)取得的指令進(jìn)行預(yù)譯碼確定指令的類型，若指令為非條件分支指令，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行下一步；

2)在取指階段提前取出非條件分支指令的操作數(shù)并計(jì)算出非條件分支指令目標(biāo)地址，并將非條件分支指令目標(biāo)地址作為新的程序計(jì)數(shù)器值；

3)在下一個(gè)周期的取指階段直接使用所述新的程序計(jì)數(shù)器值取值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向安全防護(hù)的分支指令執(zhí)行方法，其特征在于，步驟1)中在取指階段對(duì)取得的指令進(jìn)行預(yù)譯碼確定指令的類型包括：

1.1)在取指階段根據(jù)程序計(jì)數(shù)器值從指令緩存中取指令；

1.2)對(duì)取得的指令進(jìn)行預(yù)譯碼；

1.3)判斷取得的指令是否為分支指令，若取得的指令為分支指令則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行下一步；

1.4)判斷取得的指令是否為分支指令中的非條件分支指令，若取得的指令為非條件分支指令則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向安全防護(hù)的分支指令執(zhí)行方法，其特征在于，步驟1.3)中還包括若取得的指令不是分支指令時(shí)，直接將新的程序計(jì)數(shù)器值賦值為下一條指令的地址，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3)的步驟。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向安全防護(hù)的分支指令執(zhí)行方法，其特征在于，步驟1.3)中還包括若取得的指令為條件分支指令時(shí)，還包括針對(duì)條件分支指令采用指定的分支預(yù)測(cè)防御措施的步驟。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向安全防護(hù)的分支指令執(zhí)行方法，其特征在于，所述指定的分支預(yù)測(cè)防御措施包括：暫停流水線或插入fence指令，等待確定分支結(jié)果和條件分支指令目標(biāo)地址；在確定分支結(jié)果和條件分支指令目標(biāo)地址后，將條件分支指令目標(biāo)地址作為新的程序計(jì)數(shù)器值，將流水線恢復(fù)，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3)。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向安全防護(hù)的分支指令執(zhí)行方法，其特征在于，步驟1.2)中對(duì)取得的指令進(jìn)行預(yù)譯碼具體是指根據(jù)取得的指令中指定位置的編碼與預(yù)設(shè)的編碼規(guī)則表進(jìn)行匹配以確定取得的指令的類型信息。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向安全防護(hù)的分支指令執(zhí)行方法，其特征在于，所述根據(jù)取得的指令中指定位置的編碼與預(yù)設(shè)的編碼規(guī)則表進(jìn)行匹配以確定取得的指令的類型信息時(shí)，若取得的指令為分支指令、且指令編碼符合非條件分支指令編碼規(guī)范，則判定取得的指令為非條件分支指令；若取得的指令為分支指令、且指令編碼符合條件分支指令編碼規(guī)范，則判定取得的指令為條件分支指令；否則判定取得的指令不是分支指令；步驟2)中在取指階段提前取出非條件分支指令的操作數(shù)并計(jì)算出分支目標(biāo)地址具體是指針對(duì)非條件分支指令的操作數(shù)中的立即數(shù)字段通過(guò)位組合得到立即數(shù)，對(duì)該立即數(shù)與當(dāng)前的程序計(jì)數(shù)器值做特定于平臺(tái)的運(yùn)算后作為出分支目標(biāo)地址。

8.一種面向安全防護(hù)的分支指令執(zhí)行裝置，其特征在于，包括：

指令緩存，用于緩存取得的指令；

預(yù)譯碼器，用于在取指階段對(duì)取得的指令進(jìn)行預(yù)譯碼確定指令的類型；

目標(biāo)地址計(jì)算模塊，用于在預(yù)譯碼器確定指令為非條件分支指令時(shí)在取指階段提前取出非條件分支指令的操作數(shù)并計(jì)算出分支目標(biāo)地址，并將分支目標(biāo)地址作為新的程序計(jì)數(shù)器值；

控制模塊，用于在預(yù)譯碼器確定指令為條件分支指令時(shí)暫停流水線或插入fence指令，等待確定分支結(jié)果和分支目標(biāo)，在確定分支結(jié)果和分支目標(biāo)后，將下一條指令地址或跳轉(zhuǎn)地址作為新的程序計(jì)數(shù)器值；

程序計(jì)數(shù)器選擇裝置，用于根據(jù)當(dāng)前指令及其相應(yīng)的跳轉(zhuǎn)地址選擇生成下一條指令的地址：當(dāng)預(yù)譯碼器確定指令為非條件分支指令時(shí)，程序計(jì)數(shù)器選擇裝置將新的程序計(jì)數(shù)器值取值賦值為目標(biāo)地址計(jì)算模塊輸出的非條件分支指令目標(biāo)地址；當(dāng)預(yù)譯碼器確定指令為條件分支指令時(shí)，程序計(jì)數(shù)器選擇裝置將新的程序計(jì)數(shù)器值取值賦值為控制模塊輸出的條件分支指令目標(biāo)地址；當(dāng)預(yù)譯碼器確定指令為非分支指令時(shí)，程序計(jì)數(shù)器選擇裝置直接將新的程序計(jì)數(shù)器值賦值為下一條指令的地址。