[发明专利]半导体设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2012年3月30日提交的日本专利申请No.2012-082324，并要求其优先权，其全部公开作为参考包括在这里。

技术领域

本发明涉及一种半导体设备。例如，本发明涉及一种能够通过管线处理并行执行多个程序的半导体设备。

背景技术

近年来，在半导体设备中，已经提出了若干个能够在单个处理器中执行多个程序的多线程处理器。这样的多线程处理器包括多个线程，每个线程生成独立的指令流。同时，有一种称为“虚拟化”的技术，它使一个硬件设备看起来像是多个硬件设备。这种虚拟化技术是通过在OS（操作系统）和硬件（处理器或IO）之间插入一种称为“VMM（虚拟机监视器）”或“超级管理员程序”的管理软件程序实现的。图20示出了应用虚拟化技术的系统的层次结构。图20示出应用了虚拟化技术的系统的体系结构。如图20所示，应用虚拟化技术的系统具有这种配置：超级管理员程序（hypervisor program）插入在硬件和OS之间。当逻辑地定义的多个虚拟机操作在多线程处理器中时，线程被分配给多个虚拟机中的一个。此外，在多线程处理器中，通过在硬件线程上执行虚拟机实现虚拟机的并行执行。图21示出了虚拟机和线程之间的对应关系。在图21中示出的示例中，两个线程被分配给虚拟机VM0至VM2的每一个。

此外，根据要存取的资源的重要性，对要在处理器中执行的一个或多个程序定义特权等级。此外，通过包括开发管理、编程和检验的多个因素确定软件的质量。此外，在要在处理器上执行的程序中，要求高可靠性等级的一个或多个程序在严格管理下开发，以便可以详细掌握它的操作。也就是，程序的可靠性等级是基于开发该程序的开发过程的类型决定的。此外，例如，进行控制，以便许可具有高可靠性等级的程序存取要求高特权等级的资源，但是不许可具有低可靠性等级的程序进行存取。

然而，即使在这样的处理器中，响应于来自为其定义了低特权等级的用户应用或客户OS的请求，有必要为要求高特权等级的资源针对其存取执行处理。在这种情况下，响应于来自用户应用或客户OS的请求，处理器启动超级管理员程序，并通过该超级管理员程序执行请求的处理。结果，当为其存取从用户应用或客户OS请求了对要求高特权等级存取的资源的存取时，处理需要花费时间来切换程序，由此造成了处理器处理性能降低的问题。

因此，日本未审专利申请公布No.2005-56017公开了一种减少切换程序所要求时间的技术。在日本未审专利申请公布No.2005-56017中，处理器具有客户OS的特权寄存器。然后，当发生对要求高可靠性资源的存取时，只要客户OS的处理单独可以满足请求，不启动超级管理员程序，就能完成处理。通过这种方式，在日本未审专利申请公布No.2005-56017中公开的技术降低了启动超级管理员程序的频率。

发明内容

然而，本发明人已经发现了以下问题。在多线程处理器上运行的多个虚拟机中，这些虚拟机的多个可以并行操作。因此，当发生定义为高特权等级的超级管理员程序存取时，所有虚拟机的操作必须暂时停止。因此，当频繁发生要求超级管理员程序执行处理的存取时，会频繁地发生虚拟机之间的干扰，由此妨碍其他虚拟机的操作。注意，日本未审专利申请公布No.2005-56017公开的技术涉及用单线程操作的处理器，其中多个虚拟机从不并行操作。因此，这种技术不能解决虚拟机之间的干扰问题。

本发明的第一方面是一种半导体设备，其中定义了多个虚拟机，每个虚拟机都发出属于对应于程序的指令流的指令代码，该半导体设备包括：指令解码器，其解码指令代码，由此产生指令信息；执行单元，其通过管线处理，基于指令信息进行操作；以及管线控制单元，其控制在管线处理中要处理的指令代码的顺序，其中：管线控制单元包括用来为每个虚拟机定义存在/不存在执行第一特权程序的权限的寄存器，该第一特权程序要在一个虚拟机上执行；以及管线控制单元参考该寄存器，并且当已经发出关于第一特权程序的指令代码的虚拟机具有执行第一特权程序的权限时，基于第一特权程序的操作，指令执行单元基于关于第二特权程序的指令代码执行处理。