[发明专利]一种低功耗片上系统的多级指令缓存

权利要求书

1.一种片上系统的多级指令缓存，其特征在于，包括:

一级指令缓存，其内的存储空间以页为单位划分，所述一级指令缓存的单位页的容量等于程序地址空间的单位页的容量；

零级指令缓存；

查找所述一级指令缓存内是否存储有微处理器访问的目标地址的数据，若查找结果为是，则从所述一级指令缓存中读取所述目标地址的数据，并将所述目标地址的数据存入所述零级指令缓存，若查找结果为否，则将程序地址空间的所述目标地址所在页的数据整体存入所述一级指令缓存的一个页中以将所述一级指令缓存内的这个页作为对应的所述程序地址空间的所述目标地址所在页的映射页，并将所述目标地址的数据返给所述微处理器。

2.根据权利要求1所述的多级指令缓存，其特征在于，在所述查找所述一级指令缓存内是否存储有微处理器访问的目标地址的数据之前，先查找所述零级指令缓存中是否存储有微处理器访问的目标地址的数据，若查找结果为是，则从所述零级指令缓存中读取所述目标地址的数据，若查找结果是否，再查找所述一级指令缓存内是否存储有微处理器访问的目标地址的数据。

3.根据权利要求1所述的多级指令缓存，其特征在于，所述一级指令缓存中包括程序地址空间页表，

所述程序地址空间页表记录有所述程序地址空间的各个页是否被存入所述一级指令缓存的标记，基于这些标记，查找所述一级指令缓存内是否存储有所述目标地址的数据，

所述程序地址空间页表还存储有标记为有效的所述程序地址空间的页对应的一级指令缓存内的映射页的地址，基于一级指令缓存内的映射页的地址以及所述目标地址，从所述一级指令缓存的映射页中读取所述目标地址的数据。

4.根据权利要求3所述的多级指令缓存，其特征在于，所述一级指令缓存中包括缓存页地址映射表，

所述缓存页地址映射表记录所述一级指令缓存的各个映射页的地址与所述程序地址空间的对应页的地址之间的映射关系，所述一级指令缓存将所述缓存页地址映射表中记录的映射关系更新至所述程序地址空间页表中。

5.根据权利要求4所述的多级指令缓存，其特征在于，

如果所述一级指令缓存内没有存储有微处理器访问的目标地址的数据，则利用算法从所述一级指令缓存的页中选中一个页，并将所述程序地址空间内的所述目标地址所在页的数据整体存入所述一级指令缓存的这个选中页中，并更新所述缓存页地址映射表中的所述一级指令缓存的选中页的地址与所述程序地址空间的对应页的地址之间的映射关系，

将程序地址空间页表中的所述一级指令缓存的这个选中页对应的程序地址空间的原来页的标记置为无效，将程序地址空间页表中的所述一级指令缓存的这个选中页对应的外部存储器的新页的标记置为有效，同时将所述缓存页地址映射表中记录的映射关系更新至所述程序地址空间页表中。

6.根据权利要求1所述的多级指令缓存，其特征在于，一级指令缓存和零级指令缓存的速度性能相同，一级指令缓存和零级指令缓存均为静态随机存取存储器，所述外部存储器为闪存存储器。

7.根据权利要求1所述的多级指令缓存，其特征在于，存储程序地址空间的所述目标地址所在页的数据的所述一级指令缓存的页的地址由TREE-PLRU算法产生，所述TREE-PLRU算法中的搜索使用M个电路工作时钟执行，M为所述TREE-PLRU算法中树的层次。

8.根据权利要求4所述的多级指令缓存，其特征在于，所述缓存页地址映射表存储在一块单独的存储器中，所述存储器的地址范围等于一级指令缓存的地址范围。

9.根据权利要求1所述的多级指令缓存，其特征在于，

所述一级指令缓存的地址空间容量和所述程序地址空间的容量的比例满足1：2ⁿ，n为自然数；所述零级指令缓存的存储容量和一级指令缓存的存储容量的比例满足1：2ⁿ，n为自然数。