[发明专利]一种基于指令凋零的多指令乱序发射方法及处理器

权利要求书

1.一种多指令乱序发射方法，其特征在于，在处理器的指令乱序发射架构中增加一个指令凋零电路，用于将新分配的指令存入发射队列，并对发射队列中的指令实现凋零操作；所述方法包括：

将指令凋零电路中各指令对应的指令年龄的最高位设置为指令的唤醒状态位，指令年龄的其余位表示指令本征年龄；唤醒状态位用来表示对应的指令是否被唤醒，发射队列中被唤醒的指令年龄大于非唤醒的指令年龄；

设定凋零阈值，当某一指令的指令年龄超过凋零阈值时，指令年龄阵列触发凋零信号，使该指令发生凋零；发生凋零的指令无需经过仲裁就可被随机选择进行发射，实现多指令的乱序发射；

所述发射队列中各指令根据指令年龄和唤醒状态确定发射顺序；

凋零阈值调整器的输入为指令年龄阵列中各指令的年龄，输出为凋零阈值x，即：

其中，σ为指令年龄的方差，μ为指令年龄的期望，α为调节系数，α满足

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在唤醒指令时，对执行周期短的指令延迟唤醒，对执行周期长的指令提前唤醒，以保证指令能够背靠背执行。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法在唤醒指令时，当具有前后顺序的指令中在前指令被发射后，处理器等待在前指令执行完毕后再唤醒在后指令。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述指令乱序发射架构还包括指令分配电路，基于类加法器的指令请求电路和动态延迟唤醒电路；

所述指令分配电路用于将物理寄存器发送过来的多条指令分配给发射队列中空闲的表项；

所述基于类加法器的指令请求电路用于统计发射队列中表项空闲信号总数，并用特殊编码对空闲信号的数量进行编码，若经过该编码的空闲信号总数小于同样经过该编码的指令发射宽度，则向物理寄存器堆发出指令请求信号；

所述动态延迟唤醒电路用于在待发射指令的源寄存器编号和已发射指令的目的寄存器编号相等时送出唤醒信号，同时，唤醒电路通过指令执行辨别电路识别待发射指令的执行周期，根据待发射指令的执行周期调整唤醒信号顺序，以保证指令能够背靠背执行。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述指令凋零电路包含指令年龄阵列、发射队列、凋零阈值调整器、沉降池、全局年龄特征提取电路；

所述指令年龄阵列用于表示发射队列中各指令的指令年龄以及是否被唤醒；

所述发射队列用于存放从物理寄存器发送过来的指令；发射队列设计为非压缩结构，即某表项中指令的物理寄存器编号被发射后呈空闲态时，其它表项不会进行移位，每个表项除了暂存当前指令的物理寄存器编号，还记录当前指令的唤醒状态以及表项是否为空闲状态；

所述凋零阈值调整器用于根据沉降池的空闲表项数和仍存留发射队列中的指令的年龄值，动态调整并输出凋零阈值；

所述沉降池用于存有满足凋零条件的凋零指令；

所述全局年龄特征提取电路用于统计全局年龄特征。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于类加法器的指令请求电路包括类加法层和后log2(n/2)层移位逻辑层，n代表发射队列中的表项数。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述动态延迟唤醒电路由比较器、指令执行辨别电路、寄存器构成；唤醒电路的输入为待发射指令的源寄存器编号和已发射指令的目的寄存器编号，通过比较器比较待发射指令的源寄存器编号和已发射指令的目的寄存器编号是否相等，若相等则送出唤醒信号；同时唤醒电路通过指令执行辨别电路识别待发射指令的执行周期，并输出待发射指令的周期数，寄存器通过待发射指令的周期数对将要送出的唤醒信号进行寄存，从而达到对唤醒信号顺序调整的目的。