[发明专利]程序执行控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种程序执行控制装置，控制单一或多个微处理器所 执行的程序。

背景技术

近年来，对于数字电视机、录像机以及移动电话等数字设备，需 要执行声音处理、音频处理、运动图像处理及编码处理等数字处理、 以及图形用户界面(GUI：Graphical User Interface)操作处理。另外， 使该数字设备与JAVA(注册商标)相对应等各种需求日益增加。为了实 现这些需求，一般利用微处理器(包含微计算机、微控制器以及数字信 号处理器(DSP))等信息处理装置。对于这些信息处理装置，按照对应 用程序的需求的增加，为了提高处理能力，实施了处理器的工作频率 的提高、多线程化以及多芯化等。据此，处理器的流水线级数、电路 规模以及耗电量也在不断增加。

一般而言，若流水线级数增加，则在分支指令执行时到获取新的 指令为止发生损失周期，而使其成为性能降低的一个原因。为了提高 应用程序的执行效率，在处理集中的循环部分，特别需要抑制其性能 恶化。以抑制性能恶化为目的，公知的方法是：对于循环指令用的分 支指令，静态地预测为一定分支完成(taken)(静态分支预测)，并且， 将循环开头的指令存储到循环用指令缓冲器，从而抑制从循环末端向 开头的分支时发生的损失周期(例如参照，专利文献：(日本)特许第 2987311号公报。)。

图1A以及图1B示出以处理器执行的程序的一个例子，图1A是 以C语言描述的程序，图1B是与图1A所示的程序相对应的汇编程序。

例如，在图1B所示的程序例中，在循环末端的分支指令(BRZ指 令)分支完成时(在此情况下为，向循环开头的L_HEAD标签位置的分 支时)以及分支未完成时(向后续于BRZ指令的ST指令转移执行时)， 有可能分别发生损失周期。

并且，公知的方法是：抑制因在最后一轮循环的分支未完成 (not-taken)而引起的损失周期，所述最后一轮循环是通过所述的静态 分支预测、或使用分支履历表(BHT)的动态分支预测也不能避免的。 其方法是，利用循环计数器来高精确度地预测最后一轮循环，从而抑 制在最后一轮的循环结束时的分支损失的方法(例如参照，专利文献： (日本)特许第3570855号公报。)。

另一方面，对于抑制耗电量增加，公知的方法是：还是关注循环 部分，在正在执行循环时，通过使不使用的资源停止，从而减少电力(例 如参照，专利文献：(日本)特许第1959871号公报。)。

例如，对于具有存储循环对象部分的指令的循环用指令缓冲器的 处理器，在正在执行循环时，重复执行循环用指令缓冲器所存储的指 令。因此，不需要从指令存储器中获取指令。据此，可以使包含高速 缓存系统的指令存储器系统停止，且可以试图省电力化。

并且，为了抑制因损失周期增加而导致的性能恶化，多线程用的 处理器有效起来(例如参照，专利文献：(日本)特许第3716414号公 报。)，所述损失周期是因流水线级数增加而增加的。

然而，在静态分支预测或根据分支履历表的动态预测中，也在循 环结束时的分支中一定发生误预测，从而导致分支损失，所述静态分 支预测中一定按照分支指令的种类来固定预测方向(例如，循环用分支 指令中一定分支完成等)，所述分支履历表中根据过去的分支完成频度 来预测下次的判断。

特别是，近年来，因处理器的流水线级数增加而损失周期增加， 则因误预测分支而导致的性能恶化的影响越来越大。

并且，对于应用程序的特性，例如从运动图像编解码标准的动向 中可以看到的一种趋势是，不管总处理量是否增加，也要使一次处理 的区域小型化。例如，在以往的运动图像编解码标准中，16像素角的 数据是处理对象，对此在新的标准中出现了针对4像素角的数据的处 理。这意味着，一个循环中的处理周期数减少。

再者，趋向于处理器可以执行的指令的并联度提高，也促进使一 个循环中的处理周期数减少。

如此，根据应用程序的特性或处理器的并联执行可能数的提高， 趋向于一个循环中的处理周期数减少，但是分支损失增加。

例如，在循环内的1轮的指令执行周期是8周期、循环轮次数是4 次的情况下，一个循环中的处理周期数是32周期。对此，例如若分支 损失是4周期，则每次执行一个循环时，都会产生约一成多的执行性 能恶化。