專利名稱：與例外處理結(jié)合的猜測(cè)執(zhí)行指令取消裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微處理器體系結(jié)構(gòu)，特別涉及一種與例外處理結(jié)合的猜測(cè)執(zhí)行指令取消裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前各種微處理器在解決分支轉(zhuǎn)移一般采取如下兩種方案(1)暫停取指，直到分支結(jié)果出來。這種辦法為了減少延遲，通常會(huì)采取加延遲槽的方法，但不管轉(zhuǎn)移是否成功一般都會(huì)引起一定延遲。如MIPS的R4000微處理器，見Joe Heinrich，MIPS R4000 MicroprocessorUser’s manual，MIPS Technology，Inc.。
(2)采取一定程度的猜測(cè)，在分支結(jié)果出來之前，就按猜測(cè)的地址取指。這種方法當(dāng)猜測(cè)正確時(shí)，并不引起延時(shí)，但當(dāng)猜測(cè)錯(cuò)誤時(shí)，就要取消已經(jīng)取進(jìn)的指令并重新取指，從而引起流水線斷流，增加了延時(shí)。如MIPS的R10000等微處理器，見Kenneth C.Yeager，The Mips R10000Superscalar Microprocessor，IEEE Micro 1996 Apr。
第二種方案為當(dāng)前流行方案，被大多數(shù)微處理器采用，且通常與流水線的動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)結(jié)合在一起。在這種方案中有兩個(gè)核心問題一是提高猜測(cè)準(zhǔn)確度，從而減小取消指令的幾率。二是采取有效的指令取消機(jī)制，從而減小猜錯(cuò)時(shí)對(duì)流水線引起的影響。
在當(dāng)前的處理器中，為了避免順序發(fā)射帶來的流水線阻塞(因?yàn)榉种е噶钔ǔＲ炔僮鲾?shù)準(zhǔn)備好才發(fā)射)，有的會(huì)采取動(dòng)態(tài)發(fā)射，如SGI/MIPS公司的MIPS R10000微處理器。在R10000中，分支指令仍然可以動(dòng)態(tài)發(fā)射，但由此在猜測(cè)錯(cuò)誤取消指令時(shí)，帶來了一些問題(1)R10000在遇到分支指令時(shí)，將可選的地址和各寄存器備份到分支堆棧(branch stack)中，以備以后恢復(fù)，這種做法不可避免地帶來控制邏輯和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性；如圖1所示，當(dāng)譯碼時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移指令，將寄存器的映射表以及有關(guān)的控制位保存到轉(zhuǎn)移棧中。當(dāng)預(yù)測(cè)錯(cuò)誤時(shí)，就從轉(zhuǎn)移棧中恢復(fù)這些信息。但某些Cache操作是不可恢復(fù)的。
(2)R10000的這種取消機(jī)制可能會(huì)帶來一些副作用(side effects)，如非一致性Cache操作(non-coherent cached operations)帶來的Cache的狀態(tài)和數(shù)據(jù)的變化是不可恢復(fù)的，從而使恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)不精確，因此要靠遵守一些規(guī)范來減少這種情況，見Joe Heinrich，MIPS R10000Microprocessor User’s manual，MIPS Technology，Inc.。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種與例外處理結(jié)合的猜測(cè)執(zhí)行指令取消裝置，將分支錯(cuò)誤作為一種特殊中斷處理，如發(fā)生預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，則置起一種特殊的中斷，通知各部件進(jìn)行恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)處理。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，與例外處理結(jié)合的猜測(cè)執(zhí)行指令取消裝置包括操作隊(duì)列，發(fā)出控制信號(hào)，執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令的部件，其根據(jù)轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行判斷，并將結(jié)果寫回到操作隊(duì)列。
本發(fā)明采用的中斷處理具有精確性，保證了現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)的精確性；同時(shí)因?yàn)閷⒎种уe(cuò)誤與中斷處理結(jié)合起來，又減少了邏輯的復(fù)雜度，更利于實(shí)現(xiàn)和提高主頻。與其它處理器的指令取消機(jī)制比起來，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單現(xiàn)場(chǎng)精確的特點(diǎn)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)分支恢復(fù)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的分支恢復(fù)結(jié)構(gòu)圖。
發(fā)明的實(shí)施方式轉(zhuǎn)移指令由ALU(算術(shù)與邏輯部件)或浮點(diǎn)FALU(浮點(diǎn)部件)執(zhí)行，并把轉(zhuǎn)移成功與否等信息寫回到操作隊(duì)列，轉(zhuǎn)移指令結(jié)束時(shí)再根據(jù)轉(zhuǎn)移指令執(zhí)行的結(jié)果決定是否取消后續(xù)已經(jīng)猜測(cè)執(zhí)行的操作。因此在發(fā)射時(shí)不用等待操作數(shù)準(zhǔn)備好。如果轉(zhuǎn)移指令所需的操作數(shù)沒有準(zhǔn)備好，像普通操作一樣在保留站等待。ALU或FALU執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行判斷，并將結(jié)果寫回到操作隊(duì)列(對(duì)于條件轉(zhuǎn)移指令，結(jié)果為1表示轉(zhuǎn)移成功)。目標(biāo)轉(zhuǎn)移地址在寄存器中的轉(zhuǎn)移指令JR，JALR等也通過ALU，利用ALU的保留站等待所需的目標(biāo)地址。
當(dāng)條件轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移條件確定時(shí)，后面的操作可能已經(jīng)發(fā)射到功能部件執(zhí)行，有的操作可能已經(jīng)寫回。如果轉(zhuǎn)移指令猜錯(cuò)，我們巧妙地利用了例外處理的取消邏輯對(duì)猜錯(cuò)的轉(zhuǎn)移指令后的指令進(jìn)行取消。即在轉(zhuǎn)移指令寫回時(shí)，要根據(jù)結(jié)果形成例外向量并寫入操作隊(duì)列相應(yīng)項(xiàng)的ex(ex＝1表示發(fā)生例外)和excode(在ex＝1時(shí)，excode表示例外原因)域，把轉(zhuǎn)移指令猜錯(cuò)作為一種特殊的例外，在轉(zhuǎn)移指令結(jié)束時(shí)利用例外處理的通路通知各功能部件取消當(dāng)前正在執(zhí)行的操作，并取消后面已經(jīng)取進(jìn)來的指令。從而解決了指令取消問題。圖2給出一個(gè)具體實(shí)施例，當(dāng)譯碼時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移指令，不做單獨(dú)處理；當(dāng)預(yù)測(cè)錯(cuò)誤時(shí)，按照中斷的處理方式產(chǎn)生一個(gè)特殊中斷，進(jìn)行指令取消和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)。因?yàn)橹袛嗍蔷_的，所以，所有的現(xiàn)場(chǎng)都是精確的，同時(shí)恢復(fù)了中斷的邏輯(本例中，用EX＝1表示有中斷發(fā)生，用Excode＝111111表示此中斷是由轉(zhuǎn)移引起的)。
權(quán)利要求
1.一種與例外處理結(jié)合的猜測(cè)執(zhí)行指令取消裝置，包括通用寄存器及其映射表、浮點(diǎn)寄存器及其映射表，其特征在于還包括操作隊(duì)列，發(fā)出控制信號(hào)；執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令的部件，其根據(jù)轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行判斷，并將結(jié)果寫回到操作隊(duì)列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的轉(zhuǎn)移指令部件包括算術(shù)與邏輯部件和浮點(diǎn)部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于當(dāng)轉(zhuǎn)移指令結(jié)束時(shí)，利用例外處理的通路通知各功能部件取消當(dāng)前正在執(zhí)行的操作，并取消后面已經(jīng)取進(jìn)來的指令。
全文摘要
一種與例外處理結(jié)合的猜測(cè)執(zhí)行指令取消裝置包括通用寄存器及其映射表、浮點(diǎn)寄存器及其映射表，還包括執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令的部件，其根據(jù)轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行判斷，并將結(jié)果寫回到操作隊(duì)列。本發(fā)明采用的中斷處理具有精確性，保證了現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)的精確性；同時(shí)因?yàn)閷⒎种уe(cuò)誤與中斷處理結(jié)合起來，又減少了邏輯的復(fù)雜度，更利于實(shí)現(xiàn)和提高主頻。與其它處理器的指令取消機(jī)制比起來，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單現(xiàn)場(chǎng)精確的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F9/30GK1410884SQ0114149
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2001年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者胡偉武, 王海洋 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所