一種寄存器堆分頁式擴展裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種寄存器堆分頁式擴展裝置，尤其涉及一種高性能通用數字信 號處理器寄存器堆分頁式擴展裝置。
【背景技術】
[0002] 目前高性能通用數字信號處理器（DSP)芯片已經成為高速自動控制、圖像處理、 通信技術、雷達及各種信號處理中的核心部件。應用領域的持續(xù)發(fā)展對數字信號處理器芯 片的性能提出了更高的要求。
[0003] 隨著通用數字信號處理器性能的不斷提高，指令的并行度越來越大，就是說在一 個指令周期并行的指令有不斷增多的趨勢。在這種情況下，內部用于存儲指令計算數據和 運算結果的通用寄存器堆的數量就成為影響性能的一個關鍵因素。擴展內部寄存器的數量 還影響到以下幾個方面：
[0004] 首先，數據在內部寄存器中的讀寫效率要比外部存儲器高的多，因此內部寄存器 的數量直接關系到指令對大量數據的讀/寫速度。
[0005] 其次，內部寄存器的數量又影響到指令行一次讀寫數據的多少，如果指令一次性 讀寫的數據多，則內部寄存器也需要越多。內部寄存器的增加能夠保證大型程序實現充分 的流水，從而提高程序的并行度。
[0006] 最后，內部寄存器數目的增加能夠有效減少寄存器的重復使用率，降低程序員編 寫程序的復雜度。同時可以有效避免由于寄存器相關而導致的流水線停頓。
[0007] 可見，隨著DSP運算性能和指令并行度的提高，內部寄存器堆的不斷擴展將會是 未來的發(fā)展趨勢。擴展內部通用寄存器堆可以有多種方式，其中一種就是直接擴展內部通 用寄存器堆數量，但這種擴展方法會帶來許多問題，最嚴重的是將會影響到上一個發(fā)布版 本的指令集，而指令集的改變會影響到硬件設計的許多方面，譯碼器等眾多硬件都會面臨 比較大的調整，直接延長開發(fā)周期。此外指令集位寬往往是有限的，這也直接影響到可編入 指令集的寄存器索引號位寬。
[0008] 因此在不影響指令集的前提下，如何擴展內部通用寄存器堆的技術是一個亟待解 決的問題。 【實用新型內容】
[0009] 針對現有方案的不足，本實用新型提出一種寄存器堆分頁式擴展裝置，其目的是 擴展通用寄存器堆的數量，提高內部通用寄存器堆的數據存儲量。
[0010] 本實用新型是這樣實現的，一種寄存器堆分頁式擴展裝置，應用于數字信號處理 器中，該寄存器堆分頁式擴展裝置包括分頁式機器碼識別模塊、分頁式標志信息分配模塊、 譯碼器模塊、分頁式控制信息集成模塊、分頁式通用寄存器堆模塊，該分頁式通用寄存器堆 模塊包括多個頁面的通用寄存器堆；
[0011] 其中，該分頁式機器碼識別模塊的輸入端接收指令流，該分頁式機器碼識別模塊 的輸出端與該分頁式標志信息分配模塊的輸入端連接，該分頁式標志信息分配模塊的輸出 端與該譯碼器模塊的輸入端連接，該譯碼器模塊的其中一個輸出端與外部運算部件及數據 傳輸通道的控制端連接，外部運算部件及數據傳輸通道還與每個通用寄存器堆之間往返信 息傳輸，該譯碼器模塊的其中另一個輸出端與該分頁式控制信息集成模塊的輸入端連接， 該分頁式控制信息集成模塊的輸出端與每個通用寄存器堆的輸入端連接，該分頁式控制信 息集成模塊的使能端還選擇連接其中一個通用寄存器堆的控制端。
[0012] 作為上述方案的進一步改進，該分頁式控制信息集成模塊包括目的寄存器高/低 使能信息集成模塊、目的寄存器選擇信號集成模塊、源寄存器選擇信息集成模塊，每個指令 行中指令包括多個源寄存器和多個目的寄存器，按照目的寄存器索引及源寄存器索引的編 碼順序，將對應于不同運算部件或者數據傳輸通道的源寄存器和目的寄存器進行編號，經 過目的寄存器的高/低使能控制信息集成，表示目的寄存器每個地址數據來源的選擇信息 集成以及源寄存器選擇信息集成，得到該通用寄存器堆的讀/寫控制信號和分頁式控制信 息。
[0013] 本實用新型是在不改變現有指令集及每條指令位寬的前提下，以分頁的方式擴展 內部通用寄存器堆，實現指令對擴展后的通用寄存器堆"快速讀寫"及"實時控制"。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實用新型較佳實施方式提供的寄存器堆分頁式擴展裝置的結構示意圖。
[0015] 圖2為圖1中分頁式控制信息集成模塊及其連接關系。
[0016] 圖3為圖1中分頁式機器碼信息攜帶及識別過程示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施 例，對本實用新型進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不 用于限定本實用新型。
[0018] 本實用新型是在不改變現有指令集及每條指令位寬的前提下，通過增加部分邏輯 裝置，以分頁的方式擴展DSP內部通用寄存器堆的一種寄存器堆分頁式擴展裝置。目前國 際上通用的DSP，主要包括美國TI公司的TMS系列和ADI公司的TS系列DSP芯片。以下以 ADI公司的ADSP TS20XS系列芯片為例，說明其內部寄存器的實現方式。
[0019] ADSP TS20XS系列芯片：該款DSP內部寄存器是以不同的寄存器組來分類的，不同 寄存器組有與之相對應的地址。由于在一個指令行中最多有4條運算塊指令，每個計算塊 只提供32個32位寄存器。對于計算塊寄存器組來說，沒有分頁擴展模式。其他的寄存器 組也同樣不含有分頁擴展模式。
[0020] TI公司的TMS系列芯片內部也沒有分頁式擴展通用寄存器堆的硬件結構。
[0021] 此外市場上還有一些非DSP架構的處理器具有寄存器堆擴展方式，主要以高通公 司的影子寄存器擴展為代表。
[0022] 高通公司的影子寄存器堆擴展方式是將一個或者一個以上影子寄存器堆插入在 物理寄存器堆與后備存儲器之間。在上下文切換過程中用于保存寄存器堆的值，提高上下 文切換的執(zhí)行效率。它與本實用新型所述的分頁式擴展通用寄存器堆有所不同。
[0023] 本實用新型擴展的每一頁面通用寄存器堆的物理結構相同，只是屬于不同的物理 頁面，每一頁面寄存器堆的使用方式完全相同，其目的是擴展通用寄存器堆的數量，提高內 部通用寄存器堆的數據存儲量。
[0024] 本實用新型的寄存器堆分頁式擴展裝置，其應用于數字信號處理器中，如圖1所 示，該分頁式寄存器包括分頁式機器碼識別模塊1、分頁式標志信息分配模塊2、譯碼器模 塊3、分頁式寄存器堆分頁式控制信息集成模塊5、分頁式通用寄存器堆模塊6,該分頁式通 用寄存器堆模塊包括多個頁面的通用寄存器堆。請結合圖2,其中，分頁式控制信息集成模 塊5還包括分頁式寄存器堆高/低位使能信息集成模塊51、目的寄存器數據選擇信息集成 模塊52、源寄存器選擇信息集成模塊53。
[0025] 分頁式機器碼識別模塊1的輸入端接收指令流，分頁式機器碼識別模塊1的輸出 端與分頁式標志信息分配模塊2的輸入端連接，分頁式標志信息分配模塊2的輸出端與譯 碼器模塊3的輸入端連接。譯碼器模塊3的其中一個輸出端與外部運算部件及數據傳輸通 道4的控制端連接，外部運算部件及數據傳輸通道4還與每個通用寄存器堆之間往返信息 傳輸，譯碼器模塊3的其中另一個輸出端與分頁式控制信息集成模塊5的輸入端連接，分頁 式控制信息集成模塊5的輸出端與每個通用寄存器堆的輸入端連接，分頁式控制信息集成 模塊5的使能端還選擇連接其中一個通用寄存器堆的控制端。
[0026] 每條指令均可在指令形式后加〈頁面m，頁面n>來指定當前指令的源和目的寄存 器所在的通用寄存器頁面。該頁面信息不會在所對應的指令機器碼中體現，不影響現有指 令在指令集的定義，而是通過軟件編譯器在指令行中增加一條至多條指令，增加的指令即 是通用寄存器堆分頁式特殊機器碼，該機器碼對用戶不可見，其形式如：
[0027]
【主權項】
1. 一種寄存器堆分頁式擴展裝置，應用于數字信號處理器中，其特征在于：該寄存器 堆分頁式擴展裝置包括分頁式機器碼識別模塊、分頁式標志信息分配模塊、譯碼器模塊、分 頁式控制信息集成模塊、分頁式通用寄存器堆模塊，該分頁式通用寄存器堆模塊包括多個 頁面的通用寄存器堆； 其中，該分頁式機器碼識別模塊的輸入端接收指令流，該分頁式機器碼識別模塊的輸 出端與該分頁式標志信息分配模塊的輸入端連接，該分頁式標志信息分配模塊的輸出端與 該譯碼器模塊的輸入端連接，該譯碼器模塊的其中一個輸出端與外部運算部件及數據傳輸 通道的控制端連接，外部運算部件及數據傳輸通道還與每個通用寄存器堆之間往返信息傳 輸，該譯碼器模塊的其中另一個輸出端與該分頁式控制信息集成模塊的輸入端連接，該分 頁式控制信息集成模塊的輸出端與每個通用寄存器堆的輸入端連接，該分頁式控制信息集 成模塊的使能端還選擇連接其中一個通用寄存器堆的控制端。
2. 如權利要求1所述的寄存器堆分頁式擴展裝置，其特征在于：該分頁式控制信息集 成模塊包括目的寄存器高/低使能信息集成模塊、目的寄存器選擇信號集成模塊、源寄存 器選擇信息集成模塊，每個指令行中指令包括多個源寄存器和多個目的寄存器，按照目的 寄存器索引及源寄存器索引的編碼順序，將對應于不同運算部件或者數據傳輸通道的源寄 存器和目的寄存器進行編號，經過目的寄存器的高/低使能控制信息集成，表示目的寄存 器每個地址數據來源的選擇信息集成以及源寄存器選擇信息集成，得到該通用寄存器堆的 讀/寫控制信號和分頁式控制信息。
【專利摘要】本實用新型公開了一種寄存器堆分頁式擴展裝置，其包括分頁式機器碼識別模塊、分頁式標志信息分配模塊、譯碼器模塊、分頁式控制信息集成模塊、分頁式通用寄存器堆模塊。分頁式機器碼識別模塊的輸入端接收指令流而輸出端經由分頁式標志信息分配模塊與譯碼器模塊的輸入端連接。譯碼器模塊的其中一個輸出端與外部運算部件及數據傳輸通道的控制端連接，外部運算部件及數據傳輸通道還與每個通用寄存器堆之間往返信息傳輸，譯碼器模塊的其中另一個輸出端與該分頁式控制信息集成模塊的輸入端連接。分頁式控制信息集成模塊的輸出端與每個通用寄存器堆的輸入端連接，分頁式控制信息集成模塊的使能端還選擇連接其中一個通用寄存器堆的控制端。
【IPC分類】G06F9-30
【公開號】CN204347818
【申請?zhí)枴緾N201420870351
【發(fā)明人】孫立宏, 付秀蘭, 宋何娟, 周東, 馬強, 黃光紅, 賈光帥, 龔曉華, 郭二輝, 劉小明
【申請人】中國電子科技集團公司第三十八研究所
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月31日