[发明专利]基于隐式相关性和隐式旁路的微处理器指令拆分装置

说明书

技术领域：

本发明涉及嵌入式处理器领域，尤其是一种基于隐式相关性和隐式旁路的微处理器指令拆分装置。

背景技术：

现代集成电路技术的发展嵌入式微处理器应用领域的不断深入和扩大，使得存储器成为了制约微处理器成本和功耗的重要因素。在特定硬件资源前提下，如何增强指令集功能、提高代码密度和指令执行效率，是很多处理器设计人员必须面对的问题。很多嵌入式处理器针对特定应用，通过向指令集中引入数条执行时可拆分为数条原子操作的复杂操作指令，提出了这个问题的解决方案。考虑到处理器硬件资源、功耗以及指令拆分的实现复杂度，一般处理器仅对各操作之间有良好并行性的复杂操作指令进行拆分，如从连续存储区域向通用暂存器加载数据，或者把多个通用暂存器的数据存储到存储器。

拆分有前后数据相关性的复杂操作指令，既要解决拆分后原子指令之间的数据相关性，又要尽快消除这种相关性，需要较大硬件资源支持，其实现具有较大难度。这个限制了通过拆分复杂操作指令从而提高处理器代码密度增强指令集功能的能力。

以一个32位微处理器来说明处理器硬件资源和指令集功能之间的关系。该处理器总共有16个通用暂存器R0-R15，有算数运算单元和存储器读写单元等执行单元，其中算数运算单元每个周期只能完成一次加、减、乘、除、移位等原子操作，存储器读写单元每周期只能完成一次存储器读或写原子操作，每个执行单元有2个暂存器读端口。在这样的硬件设计下，如果需要把暂存器Rk的数据存到以暂存器Ri和Rj数据和为地址的存储区域，则需要两条指令：先用“ADD RiRj”指令把Ri和Rj数据相加，结果存到Ri中；再用store Rk Ri完成最终操作；同理，如果需要跳转到两个寄存器数据之和所指示的代码区域，也需要两条指令协作完成。

发明内容

为了克服现有的微处理器在拆分有前后数据相关性的复杂操作指令时需要消耗大量硬件资源、限制了可拆分指令的范围、限制了处理器性能的不足，本发明提供一种在拆分有前后数据相关性的复杂操作指令时有效减少占用硬件资源、扩大其可拆分指令的范围、提升处理器性能的基于隐式相关性和隐式旁路的微处理器指令拆分装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于隐式相关性和隐式旁路的微处理器指令拆分装置，所述微处理器指令拆分装置包括：

需拆分指令检测与拆分单元，用以判断进入该微处理器指令拆分装置的已译码指令是否为需拆分指令，并将需拆分指令拆分为至少两条原子指令；

已拆分指令处理单元，连接于需拆分指令拆分和检测单元输出端，用以接收来自该需拆分指令拆分单元将该需拆分指令拆分成的至少两条原子指令，对这些原子指令构造隐式相关性，并引入隐式旁路技术，输出已处理原子指令；

其他处理单元，连接于需拆分指令检测和拆分单元的输出端和已拆分指令处理单元的输出端，用以接收被需拆分指令检测与处理单元判断为无需拆分的指令和已拆分指令处理单元最终生成的原子指令，并完成指令后续处理、执行工作。

进一步，该已拆分指令处理单元最终生成的原子指令在该微处理器中按照标准指令进行处理。

优选的，所述需拆分指令检测与拆分单元中，由空闲与拆分两种状态进行维护，其中，无需拆分指令进入该指令检测与拆分单元时，该指令检测与拆分单元处于空闲态，无拆分动作发生；需拆分指令进入该指令检测与拆分装置时，该指令检测与拆分单元进入拆分态，将指令拆分成若干原子指令后返回空闲态。

再进一步，所述已拆分指令处理单元包括：

构造隐式相关性模块，用以指示和维护该需拆分指令所拆分成若干个原子指令之间相关性，该构造隐式相关性模块与该微处理器中相关性维护模块互相独立；

隐式旁路模块，负责数据的旁路，用以将该需拆分指令所拆分成若干个具有数据相关性的原子指令执行结果进行旁路，该隐式旁路模块与该微处理器中显式旁路模块互相独立。

更进一步，该需拆分指令拆分为至少两条已拆分原子指令，其中具有数据相关性的两条已拆分原子指令定义为第一已拆分指令和第二已拆分指令，第二已拆分指令数据相关于第一已拆分指令，隐式旁路模块对第一已拆分指令在微处理器中特定模块中的指令序号进行处理，使得第二已拆分指令旁路到第一已拆分指令数据之后，第一已拆分指令才可执行结束。