本發(fā)明屬于微處理器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種中斷處理方法及流水線控制器。

背景技術(shù)：

在微處理器中，中斷（Interrupt）是一種重要的通信、控制方法之一。產(chǎn)生中斷后，處理器核將暫時(shí)停止當(dāng)前處理的程序，轉(zhuǎn)而去響應(yīng)中斷請(qǐng)求，在完成中斷服務(wù)程序之后，返回繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。

中斷按產(chǎn)生原因可分為軟件中斷和硬件中斷。軟件中斷也稱為例外或異常（Exception），由指令的執(zhí)行狀態(tài)決定，通常在指令的不同流水級(jí)可能出現(xiàn)不同的例外，例如在指令譯碼階段發(fā)現(xiàn)指令非法、在Load/Store指令執(zhí)行階段發(fā)現(xiàn)TLB缺失、在除法指令執(zhí)行時(shí)發(fā)現(xiàn)除數(shù)是0、在計(jì)算指令執(zhí)行完畢后發(fā)現(xiàn)溢出，或者處理器提供軟件中斷/陷阱指令，提供一種類似系統(tǒng)調(diào)用的功能。不同例外可能在不同的流水級(jí)產(chǎn)生或被發(fā)現(xiàn)，但是其共同點(diǎn)是由指令產(chǎn)生。硬件中斷是指由處理器核之外的設(shè)備在特定情況下，請(qǐng)求內(nèi)核處理相關(guān)事務(wù)，比如在DMA完成數(shù)據(jù)搬運(yùn)之后可通過(guò)中斷通知內(nèi)核DMA事務(wù)的結(jié)束、內(nèi)核配置外設(shè)錯(cuò)誤導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤請(qǐng)求內(nèi)核處理并重新配置，或者一些通用的中斷，可配置處理器在中斷產(chǎn)生時(shí)，運(yùn)行特定的程序。

中斷具有不同的處理方式，通常有精確軟件中斷與非精確軟件中斷的區(qū)別。精確軟件中斷需要滿足以下兩個(gè)條件：第一，中斷返回地址對(duì)應(yīng)的指令之前的指令完全執(zhí)行完畢，且對(duì)處理器狀態(tài)進(jìn)行了修改；第二，中斷返回地址對(duì)應(yīng)的指令及其之后的指令對(duì)處理器沒(méi)有進(jìn)行修改。而不滿足上述兩個(gè)條件的處理方式稱之為非精確軟件中斷。一般情況下，大部分中斷要求精確軟件中斷，只有極少數(shù)非精確軟件中斷中斷，或者在某些處理器中沒(méi)有非精確軟件中斷。

對(duì)于例外而言，產(chǎn)生例外的指令的地址就是中斷返回地址，硬件中斷為了與軟件中斷統(tǒng)一處理，通常的處理方法是綁定一條除了某些特定指令之外的指令，當(dāng)該指令運(yùn)行至中斷處理邏輯所在流水級(jí)時(shí)，與例外作相同處理。因?yàn)橹袛嗫赡茉诟髁魉?jí)產(chǎn)生，為了精確軟件中斷的處理，通常在最晚可能產(chǎn)生例外的流水級(jí)中統(tǒng)一處理中斷，由于某些中斷在指令執(zhí)行完畢之后才可能被發(fā)現(xiàn)，所以該流水級(jí)較多選在提交/寫回級(jí)（流水線最后一級(jí)）。

處理器在響應(yīng)中斷時(shí)，通常會(huì)沖刷整個(gè)流水線，然后對(duì)中斷服務(wù)程序取指。由于中斷處理所在流水級(jí)已經(jīng)處于整個(gè)流水線的末尾，此時(shí)對(duì)流水線沖刷將導(dǎo)致后續(xù)已經(jīng)進(jìn)行取指、譯碼、執(zhí)行的指令被取消，當(dāng)中斷返回之后繼續(xù)執(zhí)行。這種方式對(duì)流水線的利用率很低，被沖刷的指令在中斷返回之后仍然需要重新執(zhí)行，既影響性能又增加功耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有中斷處理方法為響應(yīng)中斷而沖刷整個(gè)流水線，使得冗余執(zhí)行造成性能損失和功耗增加的問(wèn)題，本發(fā)明將改進(jìn)處理器對(duì)中斷的響應(yīng)方法，最大限度的減少性能損失和功耗。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種中斷處理方法，包括以下步驟：

（1）、內(nèi)核接收中斷請(qǐng)求，并獲取中斷向量；

（2）、內(nèi)核判斷當(dāng)前狀態(tài)是否允許中斷，若允許，取指單元使用中斷向量對(duì)中斷服務(wù)程序進(jìn)行取指；

（3）、內(nèi)核執(zhí)行中斷服務(wù)程序的首條指令，并使用首條指令標(biāo)識(shí)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，同時(shí)，內(nèi)核當(dāng)前流水線上的尾部指令正常執(zhí)行，所述尾部指令為內(nèi)核當(dāng)前流水線上位于所述中斷服務(wù)程序中的首條指令之前的指令；

內(nèi)核執(zhí)行指令過(guò)程中，當(dāng)執(zhí)行至該指令的最后一級(jí)時(shí)，將位于該指令之后的指令的地址進(jìn)行保存，所述位于該指令之后的指令為程序若不受中斷影響，該指令執(zhí)行完成之后，下一條應(yīng)該執(zhí)行完成的指令；

若內(nèi)核執(zhí)行的指令為中斷服務(wù)程序的首條指令，當(dāng)執(zhí)行至該指令的最后一級(jí)時(shí)，將執(zhí)行中斷服務(wù)程序首條指令之前的指令時(shí)所保存的地址作為中斷返回地址記錄在中斷返回寄存器中；

（4）、中斷服務(wù)程序中的所有指令執(zhí)行完畢后，按照中斷返回寄存器中保存的返回地址進(jìn)行返回。

進(jìn)一步的，步驟（3）之前還包括判斷中斷源的類型的步驟，包括硬件中斷和軟件中斷，若步驟（1）中所接收的中斷為硬件中斷，則按照步驟（3）-步驟（4）執(zhí)行。

進(jìn)一步的，若步驟（1）中所接收的中斷為軟件中斷，則進(jìn)一步判斷軟件中斷屬于非精確軟件中斷還是精確軟件中斷，若為非精確軟件中斷，則按照步驟（3）-步驟（4）執(zhí)行，若為精確軟件中斷，則步驟（2）之前還包括沖刷掉內(nèi)核當(dāng)前流水線上發(fā)生精確軟件中斷指令之后的所有指令的步驟，發(fā)生精確軟件中斷指令執(zhí)行至最后一級(jí)時(shí)，決定如何保存地址：若該精確軟件中斷需要重新執(zhí)行該指令，則保存該指令的地址；否則，按照步驟（3）-步驟（4）執(zhí)行。

進(jìn)一步的，步驟（3）中執(zhí)行所述尾部指令時(shí)，若所述尾部指令存在跳轉(zhuǎn)指令，判斷所述跳轉(zhuǎn)指令與所述中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，若所述跳轉(zhuǎn)指令的優(yōu)先級(jí)不高于所述中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，向流水線控制器發(fā)出低優(yōu)先級(jí)的沖刷流水線控制請(qǐng)求，計(jì)算出跳轉(zhuǎn)目標(biāo)地址并記錄，不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，步驟（3）中執(zhí)行所述尾部指令時(shí)，若所述跳轉(zhuǎn)指令的優(yōu)先級(jí)高于所述中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，向流水線控制器發(fā)出高優(yōu)先級(jí)的沖刷流水線控制請(qǐng)求，向取指單元給出取指請(qǐng)求，執(zhí)行所述跳轉(zhuǎn)指令，此時(shí)不執(zhí)行所述中斷服務(wù)程序，內(nèi)核判斷當(dāng)前狀態(tài)修改為不允許中斷，返回步驟（1）。

進(jìn)一步的，流水線控制器接收到所述沖刷流水線控制請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)沖刷流水線控制請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)以及中斷服務(wù)程序的首條指令標(biāo)識(shí)確定每一流水級(jí)的控制信號(hào)：

當(dāng)前流水線上存在中斷服務(wù)程序的首條指令，且需要響應(yīng)尾部指令給出的低優(yōu)先級(jí)的沖刷流水線控制時(shí)，不沖刷中斷服務(wù)程序所在流水級(jí)，中斷服務(wù)程序所在流水級(jí)由中斷服務(wù)程序指令給出的流水線控制請(qǐng)求控制。

基于上述的一種中斷處理方法，本發(fā)明同時(shí)提出了一種流水線控制器，包括指令標(biāo)記單元、第一處理請(qǐng)求單元、第二請(qǐng)求處理單元、控制信號(hào)選擇單元，

所述指令標(biāo)記單元用于保存中斷服務(wù)程序的首條指令標(biāo)志，將當(dāng)前流水線上每一流水級(jí)的首條指令標(biāo)志組成指令標(biāo)記信號(hào)傳遞至所述第二請(qǐng)求處理單元和控制信號(hào)選擇單元；

所述第一請(qǐng)求處理單元用于接收所有流水級(jí)產(chǎn)生的流水線控制請(qǐng)求，處理尾部指令給出的低優(yōu)先級(jí)沖刷流水線控制請(qǐng)求，產(chǎn)生第一控制信號(hào)；

所述第二請(qǐng)求處理單元處理由中斷服務(wù)程序指令給出的流水線控制信號(hào)，產(chǎn)生第二控制信號(hào)；

所述控制信號(hào)選擇單元根據(jù)所述流水線控制請(qǐng)求和指令標(biāo)記信號(hào)確定每一流水級(jí)當(dāng)前執(zhí)行的指令為尾部指令還是中斷服務(wù)程序指令，選擇由第一控制信號(hào)控制還是由第二控制信號(hào)控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：本發(fā)明的中斷處理方法，響應(yīng)中斷不會(huì)沖刷流水線，已經(jīng)取指、發(fā)射、譯碼、執(zhí)行的指令可以繼續(xù)執(zhí)行，避免了這些指令的重復(fù)操作。而中斷服務(wù)程序的指令會(huì)在上述指令執(zhí)行的同時(shí)，進(jìn)行取指，并隨著流水線一步步執(zhí)行，所以對(duì)中斷服務(wù)程序的執(zhí)行沒(méi)有影響。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明所提出的中斷處理方法的一種實(shí)施例流程圖；

圖2是本發(fā)明所提出的中斷控制器的一種實(shí)施原理方框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

本實(shí)施例提出了一種中斷處理方法，如圖1所示，包括以下步驟：

S1、內(nèi)核接收中斷請(qǐng)求，并獲取中斷向量；其中，若中斷請(qǐng)求為硬件中斷，則內(nèi)核接收由硬件中斷控制器發(fā)送的中斷請(qǐng)求，若中斷請(qǐng)求為軟件中斷，則內(nèi)核接收由確定軟件中斷的單元發(fā)送的中斷請(qǐng)求，內(nèi)核與之通信獲得中斷向量。

S2、內(nèi)核判斷當(dāng)前狀態(tài)是否允許中斷，若允許，取指單元使用中斷向量對(duì)中斷服務(wù)程序進(jìn)行取指；并不將先于中斷服務(wù)程序首條指令進(jìn)入流水線但未完成的指令（稱之為尾部指令）進(jìn)行沖刷。中斷服務(wù)程序（ISR）的首條指令將具有特殊的標(biāo)識(shí)，表明該指令是中斷服務(wù)程序的首條指令，中斷服務(wù)程序的首條指令以及后續(xù)進(jìn)入流水線的指令屬于中斷服務(wù)程序指令。

S3、內(nèi)核執(zhí)行中斷服務(wù)程序的首條指令，并使用首條指令標(biāo)識(shí)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，同時(shí)，內(nèi)核當(dāng)前流水線上的尾部指令正常執(zhí)行，所述尾部指令為內(nèi)核當(dāng)前流水線上位于所述中斷服務(wù)程序中的首條指令之前的指令；

內(nèi)核執(zhí)行指令過(guò)程中，當(dāng)執(zhí)行至該指令的最后一級(jí)時(shí)，將位于該指令之后的指令的地址進(jìn)行保存，其中，位于該指令之后的指令為程序若不受中斷影響，該指令執(zhí)行完成之后，下一條應(yīng)該執(zhí)行完成的指令；

若內(nèi)核執(zhí)行的指令為中斷服務(wù)程序的首條指令，當(dāng)執(zhí)行至該指令的最后一級(jí)時(shí)，將執(zhí)行中斷服務(wù)程序首條指令之前的指令時(shí)所保存的地址作為中斷返回地址記錄在中斷返回寄存器中；

S4、中斷服務(wù)程序中的所有指令執(zhí)行完畢后，按照中斷返回寄存器中保存的返回地址進(jìn)行返回。

指令的執(zhí)行必將經(jīng)過(guò)取指、發(fā)射、譯碼、執(zhí)行等流程，而流水線存在的意義就是當(dāng)一條指令在執(zhí)行某一個(gè)流程時(shí)，其他指令可以執(zhí)行另一個(gè)流程，如此將整個(gè)指令流水化之后，從宏觀看，在每個(gè)流程的時(shí)間都可以執(zhí)行一條指令。所以在中斷來(lái)臨時(shí)，在中斷服務(wù)程序開(kāi)始載入執(zhí)行的同時(shí)，若允許已經(jīng)進(jìn)行取指的指令繼續(xù)執(zhí)行，并不將尾部指令進(jìn)行沖刷，將大大降低響應(yīng)中斷帶來(lái)的性能損失，降低因?yàn)槿哂鄨?zhí)行而造成的更多功耗。

本實(shí)施例的中斷處理方法，響應(yīng)中斷不會(huì)沖刷流水線，已經(jīng)取指、發(fā)射、譯碼、執(zhí)行的指令可以繼續(xù)執(zhí)行，避免了這些指令的重復(fù)操作。而中斷服務(wù)程序的指令會(huì)在上述指令執(zhí)行的同時(shí)，進(jìn)行取指，并隨著流水線一步步執(zhí)行，所以對(duì)中斷服務(wù)程序的執(zhí)行沒(méi)有影響。

步驟S3之前還包括判斷中斷源的類型的步驟，包括硬件中斷和軟件中斷，若步驟S1中所接收的中斷為硬件中斷，則按照步驟S3-步驟S4執(zhí)行。

若步驟S1中所接收的中斷為軟件中斷，則進(jìn)一步判斷軟件中斷屬于非精確軟件中斷還是精確軟件中斷，對(duì)于不要求精確軟件中斷的軟件中斷，其處理方法與硬件中斷完全形同，即軟件中斷一旦觸發(fā)，即可認(rèn)為出現(xiàn)一個(gè)較高優(yōu)先級(jí)的硬件中斷，也即若為非精確軟件中斷，則按照步驟S3-步驟S4執(zhí)行，若為精確軟件中斷，則步驟S2之前還包括沖刷掉內(nèi)核當(dāng)前流水線上發(fā)生精確軟件中斷指令之后的所有指令的步驟，發(fā)生精確軟件中斷指令執(zhí)行至最后一級(jí)時(shí)，決定如何保存地址：若該精確軟件中斷需要重新執(zhí)行該指令，則保存該指令的地址；否則，按照步驟S3-步驟S4執(zhí)行。

對(duì)于要求精確軟件中斷的軟件中斷而言，就像一條沒(méi)有預(yù)測(cè)命中跳轉(zhuǎn)指令，為了中斷的精確性，不可避免的需要沖刷后續(xù)指令。但是中斷處理還是一旦觸發(fā)立即處理，最大限度的減少可能的冗余執(zhí)行。

步驟S3中執(zhí)行所述尾部指令時(shí)，若所述尾部指令存在跳轉(zhuǎn)指令，判斷所述跳轉(zhuǎn)指令與所述中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，若所述跳轉(zhuǎn)指令的優(yōu)先級(jí)不高于所述中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，向流水線控制器發(fā)出低優(yōu)先級(jí)的沖刷流水線控制請(qǐng)求，計(jì)算出跳轉(zhuǎn)目標(biāo)地址并記錄，不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)。

步驟S3中執(zhí)行所述尾部指令時(shí)，若所述跳轉(zhuǎn)指令的優(yōu)先級(jí)高于所述中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，向流水線控制器發(fā)出高優(yōu)先級(jí)的沖刷流水線控制請(qǐng)求，向取指單元給出取指請(qǐng)求，執(zhí)行所述跳轉(zhuǎn)指令，此時(shí)不執(zhí)行所述中斷服務(wù)程序，內(nèi)核判斷當(dāng)前狀態(tài)修改為不允許中斷，返回步驟S1。

流水線控制器接收到所述沖刷流水線控制請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)沖刷流水線控制請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)以及中斷服務(wù)程序的首條指令標(biāo)識(shí)確定每一流水級(jí)的控制信號(hào)：

當(dāng)前流水線上存在中斷服務(wù)程序的首條指令，且需要響應(yīng)尾部指令給出的低優(yōu)先級(jí)的沖刷流水線控制時(shí)，不沖刷中斷服務(wù)程序所在流水級(jí)，中斷服務(wù)程序所在流水級(jí)由中斷服務(wù)程序指令給出的流水線控制請(qǐng)求控制。

要求跳轉(zhuǎn)指令的沖刷操作不影響中斷服務(wù)程序的執(zhí)行，在精確軟件中斷處理方法中，同樣可能要求不影響正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序，不僅僅尾部指令的操作對(duì)中斷服務(wù)程序不產(chǎn)生影響，還要求中斷服務(wù)程序內(nèi)部產(chǎn)生的流水線控制請(qǐng)求對(duì)中斷服務(wù)程序可以產(chǎn)生應(yīng)有的效果，相當(dāng)于將流水線分成兩個(gè)獨(dú)立的部分，兩部分指令所產(chǎn)生的流水線控制不會(huì)互相影響。

實(shí)施例二

基于實(shí)施例中的一種中斷處理方法，本實(shí)施例同時(shí)提出了一種流水線控制器，包括指令標(biāo)記單元、第一處理請(qǐng)求單元、第二請(qǐng)求處理單元、控制信號(hào)選擇單元，

其中，指令標(biāo)記單元用于保存中斷服務(wù)程序的首條指令標(biāo)志，將當(dāng)前流水線上每一流水級(jí)的首條指令標(biāo)志組成指令標(biāo)記信號(hào)傳遞至所述第二請(qǐng)求處理單元和控制信號(hào)選擇單元；

第一請(qǐng)求處理單元用于接收所有流水級(jí)產(chǎn)生的流水線控制請(qǐng)求，處理尾部指令給出的低優(yōu)先級(jí)沖刷流水線控制請(qǐng)求，產(chǎn)生第一控制信號(hào)；

第二請(qǐng)求處理單元處理由中斷服務(wù)程序指令給出的流水線控制信號(hào)，產(chǎn)生第二控制信號(hào)；

控制信號(hào)選擇單元根據(jù)所述流水線控制請(qǐng)求和指令標(biāo)記信號(hào)確定每一流水級(jí)當(dāng)前執(zhí)行的指令為尾部指令還是中斷服務(wù)程序指令，選擇由第一控制信號(hào)控制還是由第二控制信號(hào)控制。

當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。