[发明专利]整合式单核心、多模式处理器及其指令执行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理器架构，尤其涉及一种整合式单核心、多模式处理器及其指令执行方法。

背景技术

一般而言，嵌入式系统用于处理与使用者互动的人机接口及系统层次的流程控制，或者是用于执行数据处理及转换等工作，如：影音的压缩和解压缩。前者的工作特性是需要进行大量的决策，并包含无法准确预测的程序流程，也就是在工作执行时需动态决定程序执行，因此其需要强化的跳跃分支判断及中断处理等机制。后者的工作特性则是具有源源不绝的资料流入，并需要强大的运算能力。

因此，现有的嵌入式系统大多整合精简指令集(Reduced Instruction SetComputing；RISC)处理器和数字信号处理器(Digital Signal Processor；DSP)，借以由前者执行使用者互动和程控的处理工作，并由后者来执行需要复杂运算的多媒体数据处理。此种平台(即称之为双核心平台)使用两个具有不同特性的处理器，分别处理其擅长的工作，例如：行动电话中的基频处理器(baseband processor)。于现有的双核心平台中所采用的处理器大多是独立应用在单核心系统中，以致于两处理器的功能会有所重叠，而存有累赘设计。因此事实上，在多数应用中两处理器并不会达到很高的使用率。

进而提出具二工作模式的单一处理器架构，通过切换工作模式来处理二种不同性质的工作。于现有的双工作模式的单一处理器架构中，利用多执行绪(multi-threading)的观念将一系统的工作分成二种执行绪-通用(general-purpose)执行绪(例如：程控)和数据运算执行绪。一般来说，数据运算执行绪所欲运算的数据会先存放于芯片上(on-chip)内存，因此不会有快取失误(ccache miss)的现象，故此架构于执行工作处理时，会先执行通用执行绪，而于处理器对外部内存读取数据的空档，即于通用执行绪产生快取失误时，切换到数据运算执行绪执行单纯数据计算的工作(一般运算量均很大)，并且于通用执行绪所需的数据自外部内存取得时，再将工作性质自数据运算执行绪切换回通用执行绪，以继续执行原来的数据处理(即通用执行绪的数据处理)，如图1所示。在图1中，时间轴由左向右行进(图中未显示)，上排为通用执行绪，下排则为数据运算执行绪，灰色区块为数据正常处理的时期，而白色区块即为发生快取失误的时期。如图2所示，为现有双工作模式的单一处理器架构，在此由同一抓取管线110和执行管线120进行二执行绪(通用执行绪和数据运算执行绪)的数据处理，但需通过二执行绪的处理核心(processing core)130以及二套不同的缓存器组140以放置二执行绪的数据，并仅能在执行绪切换时改变处理器的模式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种整合式单核心、多模式处理器及其指令执行方法，借以解决现有技术所存在的问题与限制。

本发明所揭露的整合式单核心、多模式处理器及其指令执行方法，可以单一指令流来执行程序，并依各指令的型态切换成相应的工作模式，借以进行数据处理。

因此，为实现上述目的，本发明所揭露的整合式单核心、多模式处理器的指令执行方法，包括下列步骤：首先，接收一指令流，其具有多个指令并且在该指令中具有一种以上的指令型态；接着，依序执行指令流中的每一指令。其中，每一指令依据下列步骤执行：先辨识指令中的一识别操作数，以得知指令所属的指令型态；再根据指令型态在多个执行区选择具相应的处理器模式的一执行区，其中该执行区分别为不同的处理器模式，且在该执行区中具有一共享区；最后，通过选择的执行区根据指令执行数据处理。通过反复执行此三步骤以依序处理指令流中的指令，直至完成此指令流的数据处理。

其中，指令型态可包括：一精简指令集的指令型态和一数字信号处理的指令型态；相对地，执行区则包括一精简指令集处理器模式的执行区和一数字信号处理器模式的执行区。其中，当辨识得知的指令型态为精简指令集的指令型态时，则选择相应的处理器模式的执行区以根据指令执行程控；反之，当辨识得知的指令型态为数字信号处理的指令型态时，则选择另一相应的处理器模式的执行区根据指令执行数据运算。在此，执行程控的执行区可为精简指令集处理器模式，而执行数据运算的执行区可为数字信号处理器模式。