[发明专利]具有基于状态的背景任务资源分配能力的历境控制器以及采用其的处理器

说明书

相关申请的交叉引用

序号：60/077,454

题目：事件驱动和循环历境控制器以及采用其的处理器

发明人：Diepstraten等

递交日：1998年3月10日

序号：60/077,469

题目：具有基于指令的时间片任务切换能力的历境控制器以及采用其的处理器

发明人：Diepstraten等

递交日：1998年3月10日

序号：60/077,384

题目：具有节能模式自动进入的历境控制器以及采用其的处理器

发明人：Diepstraten等

递交日：1998年3月10日

序号：60/077,406

题目：具有历境特定事件选择机制的历境控制器以及采用其的处理器

发明人：Diepstraten等

递交日：1998年3月10日

序号：60/077,575

题目：具有事件相关矢量选择的历境控制器和采用其的处理器

发明人：Diepstraten等

递交日：1998年3月10日

上述申请与本发明一起被转让且它们全部都被作为参考文献。

本发明还要求了基于1998年3月10日递交的、题目为“具有基于状态的的背景任务资源分配能力的历境控制器及采用其的处理器”的美国临时申请序号第60/077,461号的权利，该申请与本发明一起被转让并在此被作为参考文献。

本发明一般地涉及计算机处理器，且更具体地说是涉及具有基于状态的背景任务资源分配能力的历境控制器和采用该历境控制器的处理器。

通用计算机中以及被用作嵌入控制器的处理器，通常得到编程，以同时处理多个任务。这些任务的一个子组可以响应于具体的、外界的事件而按照时间来执行，而这些任务中其余的则可在没有严格的实时限制的情况下执行。为了用单个的数据路径来处理这两组任务，这些处理器需要有效的机制，来迅速地响应外界事件，同时在没有外界事件得到处理时允许非实时处理。

事件响应的主要机制是程序中断，它是在50年代中期首先得到采用的。在过去的40年中，大多数的处理器构造包括了程序中断功能一它在发生外界事件时使“背景”任务的执行被暂停，并启动“前景”任务的执行。各个程序中断，通常称为“中断”，(与处理器的指令流适当地同步)根据一个适当的事件的确立，造成处理器执行状态的可逆改变。

在50年代后期发展起来的优先中断是对程序中断功能的一种共同的增强。在一个支持优先中断的处理器中，以静态或动态的方式把分立的优先级分配给多个事件(中断请求)信号。与这些信号中的每一个相关的是处理器的执行状态下的可逆改变的一种唯一的可识别结果状态。优先中断的每一次发生都选择与中断状态改变被启动时确立的最高优先中断请求相关的结果状态。

当进行处理器的程序执行状态的可逆改变时的基本行动，是保存中断程序的执行地址(以及隐含的指令间状态，诸如状态码)，并在与造成中断的事件相关的程序地址处开始中断处理。这种程序地址通常是从称为中断矢量的预定存储位置获得的。在中断处理程序结束时，保存的执行地址(以及状态值-如果有的话)得到恢复，使得中断的程序的执行在中断点处得到恢复。在多数中断处理过程中，需要保存并随后恢复额外的处理器状态，以执行响应中断所需的操作。这种额外的状态主要指程序计数器之外的处理器寄存器的内容。

把这些寄存器保存到堆栈或专用的存储块或从中恢复这些寄存器，会消耗大量的时间。因此，在60年代中当集成电路使硬件寄存器的成本和尺寸减小时，某些处理器具有了多组寄存器。不同组寄存器的选择，不论是通过中断支持硬件还是通过中断处理软件，通过消除至主存储器的保存和从其的恢复的消耗，而实现了快得多的中断响应。

在1970年引入的IBM系统/7上，多寄存器组概念达到了其现在的形式。系统/7具有用于各个中断级的专用、硬件选择寄存器组，并通过在各个组中包括一个寄存器以保存执行地址(程序计数器值)而在该级被处于较高优先级的一个中断所占用时进一步减小了中断历境切换时间。结果是得到了800ns的中断历境切换时间和400ns的中断返回时间，这两个指标对于采用1969年技术的16位小型计算机来说是非常出色的语音。系统/7还开创了动态中断分配，其中各个中断源使用的优先级由软件设定，并可在系统操作期间得到改变。