[发明专利]一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法

权利要求书

1.一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在精简指令集处理器中将寄存器堆进行分组，对每组寄存器采用动态电压调节技术和时钟门控技术，并增添状态控制寄存器以控制寄存器组的供电状态和时钟门控单元的开关状态，状态控制寄存器存储的值通过控制和状态寄存器指令进行配置，使处理器以不同的寄存器组供电配置运行计算密集程度不同的程序段。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法，其特征在于，所述精简指令集处理器中精简指令集包括MIPS或RISCV，精简指令集处理器具有32个32位宽的整数寄存器，编号为0-31，若精简指令集处理器支持单精度浮点指令集或双精度浮点指令集的扩展，则具有32个32位宽的单精度浮点数寄存器或32个64位宽的双精度浮点寄存器。

3.根据权利要求2所述的一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法，其特征在于，所述整数寄存器、单精度浮点数寄存器、双精度浮点寄存器在功能上类似，32个寄存器能够分别存储常量0、存储桢指针、栈指针和全局指针，存储函数参数、返回值和返回地址，存储临时变量、保存变量。

4.根据权利要求3所述的一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法，其特征在于，所述存储函数参数的寄存器数量为4个以上，存储临时变量的寄存器数量为7个以上，存储保存变量的寄存器数量为8个以上。

5.根据权利要求4所述的一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法，其特征在于，将寄存器堆进行分组具体步骤如下：

将32个整数寄存器、32个单精度浮点寄存器和32个双精度浮点寄存器分别按寄存器的序号依次划分为8组：0-3，4-7，8-11，…，每组包含4个寄存器，每个整数寄存器和单精度浮点寄存器为32位，每个双精度浮点寄存器为64位。

6.根据权利要求5所述的一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法，其特征在于，对每组寄存器采用动态电压调节具体步骤如下：

将8组寄存器的电路分别放置在8个单独的电压域中，每个电压域设置正常电压和低电压两组供电电压，通过控制两组电源门控开关的开关状态，使对应的寄存器组工作在正常电压供电状态或低电压供电状态，当某个寄存器组不需要被使用时，使其工作在低电压供电状态，从而降低寄存器堆的功耗。

7.根据权利要求6所述的一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法，其特征在于，对每组寄存器采用时钟门控具体如下：

在8组寄存器组的时钟输入端插入与门结构的时钟门控单元，通过控制时钟门控单元的开关状态控制系统时钟信号是否传入对应的寄存器组，当某个寄存器组不需要被使用时，阻止系统时钟信号传入寄存器组，从而降低寄存器堆的功耗。

8.根据权利要求7所述的一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法，其特征在于，增添状态控制寄存器具体如下：

增添一组8位宽的状态控制寄存器，用于动态控制8组寄存器所在的8个电压域的供电状态，寄存器的输出分别连接至8组寄存器的电源门控开关和时钟门控单元，改变寄存器中存储的值，进而改变电源门控开关的开关状态，从而改变电压域中寄存器组的供电状态；同时，状态控制寄存器改变时钟门控单元的开关状态，从而控制系统时钟信号的传递。

9.根据权利要求8所述的一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法，其特征在于，配置状态控制寄存器存储的值具体为：通过RISCV指令集中的CSR系列指令：CSRRWI、CSRRSI、CSRRCI改变状态控制寄存器中存储的值。

10.根据权利要求9所述的一种低功耗的处理器寄存器堆控制方法，其特征在于，所述处理器以不同的寄存器组供电配置运行计算密集程度不同的程序段具体如下：将处理器执行的程序以函数分段，在一个函数中，如果一个寄存器组中的4个寄存器均未被该函数使用，则该寄存器组对应的状态控制寄存器位设置为0，即使其工作在低电压供电状态；如果一个寄存器组中有寄存器被使用，则该寄存器组对应的状态控制寄存器位设置为1，即使其工作在正常电压供电状态，由此确定8位状态控制寄存器应设置的数值，即在运行一个函数时8个寄存器组应有的供电配置，然后在该函数的首尾各插入一条CSR指令，函数起始的CSR指令用于配置执行该函数所需的寄存器组供电配置，函数结束时的CSR指令用于恢复调用该函数的函数所需的寄存器组供电配置。