本申請涉及處理器的，尤其涉及一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、risc-v指令集架構(gòu)因其模塊化、可擴(kuò)展性和開源特性，能夠通過靈活地添加不同的擴(kuò)展指令集來實現(xiàn)cpu或者gpu的計算核心，在嵌入式risc-v上下文切換優(yōu)化系統(tǒng)、個人電腦、服務(wù)器和gpu加速設(shè)備等許多計算領(lǐng)域展現(xiàn)出很大的應(yīng)用潛力。cpu架構(gòu)中，在軟件中斷、硬件中斷、硬件故障或者任務(wù)調(diào)度等情景中，都會發(fā)生上下文切換，保存當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)，然后加載另一個進(jìn)程的狀態(tài)以繼續(xù)執(zhí)行。gpu架構(gòu)中，在中斷處理、任務(wù)調(diào)度、線程調(diào)度或者線程同步等情景中，也會發(fā)生上下文切換。無論是cpu還是gpu，在程序執(zhí)行過程中上下文切換頻繁發(fā)生。

2、現(xiàn)有技術(shù)的堆棧都是定義在內(nèi)存當(dāng)中，數(shù)據(jù)壓棧操作是將通用寄存器中的數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存堆棧中去，數(shù)據(jù)出棧操作是將數(shù)據(jù)從內(nèi)存堆棧加載到通用寄存器中。通用寄存器的讀寫速度基本接近計算核心的頻率，然而內(nèi)存的讀寫速度遠(yuǎn)低于計算核心的頻率，受限于電信號在半導(dǎo)體材料中的傳播速度，計算核心的頻率越高，這種速度差距會越大。如果上下文切換的速度不夠快，會對程序的響應(yīng)速度、整體性能、整體能耗和用戶體驗產(chǎn)生很大影響。

3、因此，如何提高risc-v中上下文的切換速度成為一個亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請實施例提供了一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法、設(shè)備及介質(zhì)，用以解決如下技術(shù)問題：如何提高risc-v中上下文的切換速度。

2、第一方面，本申請實施例提供了一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法，其特征在于，應(yīng)用于risc-v上下文切換優(yōu)化系統(tǒng)，risc-v上下文切換優(yōu)化系統(tǒng)包括計算核心和內(nèi)存，計算核心包括控制單元、寄存器堆棧、棧頂寄存器、通用寄存器和算術(shù)邏輯單元，方法包括：基于計算核心執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)；當(dāng)觸發(fā)上下文切換操作時，基于棧頂寄存器的數(shù)值確定寄存器堆棧的剩余空間；基于剩余空間和當(dāng)前任務(wù)判斷寄存器堆棧是否能夠保存當(dāng)前任務(wù)；若否，基于內(nèi)存存儲當(dāng)前任務(wù)；若是，基于寄存器堆棧存儲當(dāng)前任務(wù)；基于計算核心執(zhí)行替換任務(wù)，并在替換任務(wù)完成時通過棧頂寄存器切回當(dāng)前任務(wù)。

3、在本申請的一種實現(xiàn)方式中，在當(dāng)觸發(fā)上下文切換操作時，基于棧頂寄存器的數(shù)值確定寄存器堆棧的剩余空間前，方法還包括：基于控制單元監(jiān)測中斷信號、異常信號或任務(wù)調(diào)度指令，以確定是否觸發(fā)執(zhí)行上下文切換；基于預(yù)設(shè)的行為預(yù)測模塊監(jiān)測當(dāng)前任務(wù)，以確定未來行為特征；基于預(yù)測結(jié)果和當(dāng)前任務(wù)調(diào)整寄存器堆棧的剩余空間。

4、在本申請的一種實現(xiàn)方式中，基于預(yù)設(shè)的行為預(yù)測模塊監(jiān)測當(dāng)前任務(wù)，以確定未來行為特征，具體包括：收集當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行數(shù)據(jù)；其中，執(zhí)行數(shù)據(jù)包括指令執(zhí)行頻率、內(nèi)存訪問模式和i/o操作；基于行為預(yù)測模塊處理執(zhí)行數(shù)據(jù)，以識別當(dāng)前任務(wù)的行為模式；基于行為模式確定當(dāng)前任務(wù)的未來行為特征；其中，未來行為特征包括執(zhí)行時長、替換任務(wù)和占用堆棧大小。

5、在本申請的一種實現(xiàn)方式中，基于未來行為特征和當(dāng)前任務(wù)調(diào)整寄存器堆棧的剩余空間，具體包括：基于未來行為特征和當(dāng)前任務(wù)，評估當(dāng)前任務(wù)在后續(xù)執(zhí)行過程中對寄存器堆棧的需求；對比需求與寄存器堆棧的剩余空間，以確定寄存差值，并基于寄存差值確定調(diào)整方式；其中，調(diào)整方式包括拓展調(diào)整和壓縮調(diào)整；當(dāng)調(diào)整方式為拓展調(diào)整時，基于寄存差值拓展寄存器堆棧的剩余空間；當(dāng)調(diào)整方式為壓縮調(diào)整時，基于寄存差值壓縮寄存器堆棧的剩余空間。

6、在本申請的一種實現(xiàn)方式中，方法還包括：在調(diào)整方式執(zhí)行完成后，更新棧頂寄存器的數(shù)值。

7、在本申請的一種實現(xiàn)方式中，在基于行為預(yù)測模塊處理執(zhí)行數(shù)據(jù)，以識別當(dāng)前任務(wù)的行為模式前，方法還包括：獲取上下文切換數(shù)據(jù)，并預(yù)處理上下文切換數(shù)據(jù)，以構(gòu)建訓(xùn)練集、測試集和驗證集；其中，預(yù)處理包括：數(shù)據(jù)清洗、特征提取和標(biāo)準(zhǔn)化處理；基于訓(xùn)練集訓(xùn)練預(yù)設(shè)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；基于驗證集和測試集驗證訓(xùn)練過的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并在準(zhǔn)確率大于預(yù)設(shè)的行為閾值時輸出為行為預(yù)測模塊。

8、在本申請的一種實現(xiàn)方式中，當(dāng)觸發(fā)上下文切換操作時，基于棧頂寄存器的數(shù)值確定寄存器堆棧的剩余空間，具體包括：讀取棧頂寄存器的當(dāng)前數(shù)值，以確定寄存器堆棧的棧頂?shù)刂?；獲取寄存器堆棧的基地址；計算棧頂?shù)刂放c基地址之間的差值，以確定寄存器堆棧的使用量；根據(jù)寄存器堆棧的總?cè)萘亢褪褂昧?，計算寄存器堆棧的剩余空間。

9、在本申請的一種實現(xiàn)方式中，基于計算核心執(zhí)行替換任務(wù)，并在替換任務(wù)完成時通過棧頂寄存器切回當(dāng)前任務(wù)，具體包括：基于計算核心執(zhí)行替換任務(wù)，并監(jiān)測是否觸發(fā)上下文操作；當(dāng)替換任務(wù)完成且需要切換回當(dāng)前任務(wù)時，保存替換任務(wù)的上下文信息；基于棧頂寄存器的數(shù)值定位當(dāng)前任務(wù)的上下文信息存儲位置，以將當(dāng)前任務(wù)的上下文信息恢復(fù)至技術(shù)核心；基于技術(shù)核心執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)，直到當(dāng)前任務(wù)完成或觸發(fā)上下文切換操作。

10、第二方面，本申請實施例還提供了一種risc-v上下文切換優(yōu)化設(shè)備，其特征在于，設(shè)備包括：至少一個處理器；以及，與至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，存儲器存儲有可被至少一個處理器執(zhí)行的指令，指令被至少一個處理器執(zhí)行，以使至少一個處理器能夠：基于計算核心執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)；當(dāng)觸發(fā)上下文切換操作時，基于棧頂寄存器的數(shù)值確定寄存器堆棧的剩余空間；基于剩余空間和當(dāng)前任務(wù)判斷寄存器堆棧是否能夠保存當(dāng)前任務(wù)；若否，基于內(nèi)存存儲當(dāng)前任務(wù)；若是，基于寄存器堆棧存儲當(dāng)前任務(wù)；基于計算核心執(zhí)行替換任務(wù)，并在替換任務(wù)完成時通過棧頂寄存器切回當(dāng)前任務(wù)。

11、第三方面，本申請實施例還提供了一種risc-v上下文切換優(yōu)化的非易失性計算機(jī)存儲介質(zhì)，存儲有計算機(jī)可執(zhí)行指令，其特征在于，計算機(jī)可執(zhí)行指令設(shè)置為：基于計算核心執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)；當(dāng)觸發(fā)上下文切換操作時，基于棧頂寄存器的數(shù)值確定寄存器堆棧的剩余空間；基于剩余空間和當(dāng)前任務(wù)判斷寄存器堆棧是否能夠保存當(dāng)前任務(wù)；若否，基于內(nèi)存存儲當(dāng)前任務(wù)；若是，基于寄存器堆棧存儲當(dāng)前任務(wù)；基于計算核心執(zhí)行替換任務(wù)，并在替換任務(wù)完成時通過棧頂寄存器切回當(dāng)前任務(wù)。

12、本申請實施例提供的一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法、設(shè)備及介質(zhì)，至少包括以下技術(shù)效果：

13、在觸發(fā)上下文切換操作時，利用棧頂寄存器的數(shù)值來精確確定寄存器堆棧的剩余空間，能夠?qū)崟r掌握堆棧的使用情況，為后續(xù)的任務(wù)保存和切換提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

14、根據(jù)剩余空間和當(dāng)前任務(wù)的需求，智能判斷寄存器堆棧是否能夠保存當(dāng)前任務(wù)，如果空間不足，則轉(zhuǎn)向內(nèi)存進(jìn)行存儲，從而確保了任務(wù)狀態(tài)的完整保存既充分利用了有限的寄存器堆棧資源，又保證了任務(wù)切換的順利進(jìn)行。

15、通過將當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)保存在寄存器堆?；騼?nèi)存中，risc-v上下文切換優(yōu)化系統(tǒng)能夠迅速切換到替換任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，同時，在替換任務(wù)完成后，通過棧頂寄存器快速恢復(fù)當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)，實現(xiàn)了任務(wù)之間的無縫切換和連續(xù)執(zhí)行，能夠減少任務(wù)切換帶來的性能開銷，提高了risc-v上下文切換優(yōu)化系統(tǒng)的整體運行效率。

技術(shù)特征：

1.一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法，其特征在于，應(yīng)用于risc-v上下文切換優(yōu)化系統(tǒng)，所述risc-v上下文切換優(yōu)化系統(tǒng)包括計算核心和內(nèi)存，所述計算核心包括控制單元、寄存器堆棧、棧頂寄存器、通用寄存器和算術(shù)邏輯單元，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法，其特征在于，在當(dāng)觸發(fā)上下文切換操作時，基于所述棧頂寄存器的數(shù)值確定所述寄存器堆棧的剩余空間前，所述方法還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法，其特征在于，基于預(yù)設(shè)的行為預(yù)測模塊監(jiān)測所述當(dāng)前任務(wù)，以確定未來行為特征，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法，其特征在于，基于所述未來行為特征和所述當(dāng)前任務(wù)調(diào)整所述寄存器堆棧的剩余空間，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法，其特征在于，在基于所述行為預(yù)測模塊處理所述執(zhí)行數(shù)據(jù)，以識別所述當(dāng)前任務(wù)的行為模式前，所述方法還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法，其特征在于，當(dāng)觸發(fā)上下文切換操作時，基于所述棧頂寄存器的數(shù)值確定所述寄存器堆棧的剩余空間，具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種risc-v上下文切換優(yōu)化方法，其特征在于，基于所述計算核心執(zhí)行替換任務(wù)，并在替換任務(wù)完成時通過所述棧頂寄存器切回所述當(dāng)前任務(wù)，具體包括：

9.一種risc-v上下文切換優(yōu)化設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括：

10.一種risc-v上下文切換優(yōu)化的非易失性計算機(jī)存儲介質(zhì)，存儲有計算機(jī)可執(zhí)行指令，其特征在于，所述計算機(jī)可執(zhí)行指令設(shè)置為：

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種RISC?V上下文切換優(yōu)化方法、設(shè)備及介質(zhì)，屬于處理器的技術(shù)領(lǐng)域。方法包括：基于所述計算核心執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)；當(dāng)觸發(fā)上下文切換操作時，基于所述棧頂寄存器的數(shù)值確定所述寄存器堆棧的剩余空間；基于所述剩余空間和當(dāng)前任務(wù)判斷所述寄存器堆棧是否能夠保存所述當(dāng)前任務(wù)；若否，基于所述內(nèi)存存儲所述當(dāng)前任務(wù)；若是，基于所述寄存器堆棧存儲所述當(dāng)前任務(wù)；基于所述計算核心執(zhí)行替換任務(wù)，并在替換任務(wù)完成時通過所述棧頂寄存器切回所述當(dāng)前任務(wù)。本申請通過上述方法實現(xiàn)了提高RISC?V中上下文切換速度的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：趙國峰,趙鑫鑫,姜凱,薛海軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東浪潮科學(xué)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19