[发明专利]一种循环缓冲装置以及循环缓冲方法

说明书

技术领域

本发明涉及指令获取领域，具体涉及一种循环缓冲装置以及循环缓冲方法。

背景技术

随着集成电路工艺的飞速发展，嵌入式处理器芯片的速度和集成度都得到了很大的提升，由此带来的功耗问题也越来越突出。大量的能量消耗会降低便携式设备中电池的使用寿命，而且会给处理器的散热和可靠性带来很多问题。作为提高处理器内核取指速度的关键部件，指令高速缓冲存储器（Cache）由于具有很高的访问频率而功耗显著。因此，有效降低指令Cache的功耗对于低功耗嵌入式处理器的设计有着重要意义。

在嵌入式应用程序中，其核心往往是些循环代码，通常不到10%的核心代码占用了90%以上的执行时间。如果将这10%的循环代码放入一个小的缓冲区中供取指之用，而不必频繁访问指令Cache，则可以有效降低指令Cache的功耗。

在1999年8月的低功耗电子学与设计（ISLPED）会议上Lea Hwang Lee等人发表的文章《Instruction Fetch Energy Reduction Using Loop Caches for Embedded Applications with Small Tight Loops》中提出了一种Loop Cache结构。它的容量比指令Cache小，位于处理器内核和指令Cache之间，其控制器根据一类特殊的短后向跳转指令来检测和装载应用程序中的循环。若处理器内核需要读取的指令处于Loop Cache中，则Loop Cache控制器会关闭指令Cache，并将处理器内核取指通道切换到从Loop Cache中取指。

Loop Cache结构有如下缺点：

（1）不能高效处理循环体内包含分支的情况；

（2）对于嵌套循环，如果Loop Cache控制器决定将最内层循环装载到Loop Cache中，则会出现同一段循环代码重复装载到Loop Cache中的情况。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明实施例提供一种循环缓冲装置以及循环缓冲方法。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种循环缓冲装置，所述循环缓冲装置包括循环检测与装载控制模块、状态控制器和数据存储器，所述循环检测与装载控制模块和所述状态控制器相连，所述状态控制器与所述数据存储器相连，其中：所述循环检测与装载控制模块，用于接收输入信号，所述输入信号包括分支偏移高位、分支指令地址、分支目标地址和取指地址，以及用于在有效循环分支指令第二次执行且第一次执行与第二次执行期间没有执行其他的分支指令时将装载控制信号置为有效，以及在有效循环分支指令第三次执行且第二次执行与第三次执行期间没有执行其他的分支指令时将装载完成信号置为有效，以及在所述取指地址处于所述数据存储器中循环体地址范围内时将跳入循环信号置为有效，以及在所述取指地址不处于所述数据存储器中循环体地址范围内时将跳出循环信号置为有效；所述状态控制器，用于：在空闲状态下，控制处理器内核从指令高速缓冲存储器中读取指令，以及在检测到所述循环检测与装载控制模块输出的装载控制信号有效时，将状态转换到装载状态，在检测到所述循环检测与装载控制模块输出的跳入循环信号有效时，将状态转换到工作状态；在装载状态下，控制处理器内核从指令高速缓冲存储器中读取指令，将从指令高速缓冲存储器中返回的指令发送给处理器内核的同时写入所述数据存储器中，以及在检测到所述循环检测与装载控制模块输出的装载完成信号有效时，将状态转换到工作状态；在工作状态下，控制处理器内核从所述数据存储器中读取指令，在检测到所述循环检测与装载控制模块输出的跳出循环信号有效时，将状态转换到空闲状态。