[发明专利]具有原生切换机制的非对称多核心处理器

说明书

本发明公开具有原生切换机制的非对称多核心处理器，包含一第一与一第二处理核心，以支援其指令集架构的特征集合中相对应的一第一与一第二特征子集合。受支援的该第一特征子集合少于指令集架构的特征集合的所有特征。受支援的第一与第二特征子集合互不相同，但其结合即为指令集架构的特征集合的所有特征。当一执行绪由第一核心执行时，第一核心检测执行绪是否尝试利用该指令集架构的特征集合中不包含于受支援的第一特征子集合的一特征，以做出指示由第一核心切换至第二核心用以执行执行绪的回应。此不受支援的特征可为一不受支援的指令或操作模式。此切换动作可在低效能/低功耗的核心过度使用或是在高功耗/高效能的核心利用率过低时执行。

技术领域

本发明关于一种处理器，尤其是一种非对称多核心处理器。

本申请案主张2013年3月26日提出的美国临时专利申请案第61/805,225号“ASYMMETRIC MULTI-CORE PROCESSOR WITH NATIVE SWITCHING MECHANISM”的优先权，其内容整体引用为本发明的公开内容。

背景技术

总部位于英国剑桥的处理器授权商ARM近来提出一种称为“大小核(big.LITTLE)”的处理架构。举例来说，大小核系统的“大核(big)”可以是效能较高且功耗较高的Cortex-A15处理器，而与其匹配的“小核(LITTLE)”可以是效能较低且功耗较低的Cortex-A7处理器。此系统可在依据执行绪的运算强度，在此二个处理器间进行切换。若是此执行绪具有高运算强度，此系统会切换至Cortex-A15处理器执行；反之，当执行绪不具有高运算强度时，此系统就会切换至Cortex-A7处理器执行。透过如此处理，就可以使整体效能接近Cortex-A15处理器的水准，而功耗则是介于处理器Cortex-A7与Cortex-A15之间。此设计特别适用于由电池供电且所需效能变化范围大的处理平台，例如智能手机。

在Peter Greenhalgh着，于2011年九月发布的ARM白皮书“Big.LITTLEProcessing with ARM CortexTM–A15&Cortex-A7”中，即指出Cortex-A15与Cortex-A7处理器的架构相同，并以此为大小核(big.LITTLE)的一重要范例。进一步来说，这两个处理器都是采用ARM v7A架构。（举例来说，Cortex-A7处理器系采用ARM v7A架构的虚拟与大型实体定址延伸(Virtualization and Large Physical Address Extensions)）基于此，这两个处理器都可以执行此架构下的所有指令，虽然部分指令的执行上会呈现不同的效能与功耗。此操作系统会决定切换处理器的时点，以试着满足当前执行的应用程序所需的效能。

大小核(big.LITTLE)的一限制在于，两个处理器之间需要充分的架构相容性。此问题在于架构内的指令具要相当数量晶体管的配合的情况下，会变得更为显著。举例来说，就算是单指令多数据(SIMD)指令，其最低硬件需求也相当可观，即使是小核(LITTLE)处理器，也具有简单的硬件来对于SIMD指令内各别部分的数据进行排序。基本上，这些指令在应用程序内的出现情形，即高度相关于此应用程序对于高效能处理的需求。基于此，在小核处理器内的SIMD简单硬件不大可能会有明显的使用时间，因为此硬件很快就无法满足应用程序的效能需求致使系统切换至大核(big)处理器处理。因此，小核处理器内的SIMD简单硬件将会是浪费。

大小核(big.LITTLE)的另一限制在于，操作系统需要改变以在处理器切换时作出处理并调和此切换动作。但是，说服操作系统的开发者将这些为此特殊利用而设置的指令纳入其中是相当困难的，尤其对于嵌入式操作系统的开发者更是如此。

大小核(big.LITTLE)的另一个缺点在于，操作系统决定大小核处理器切换时点的部分会消耗当前正在运作的处理器的频宽而使此频宽无法为应用程序所使用。亦即，切换编码并非与应用程序平行执行，而是互为代替。