[发明专利]流水线处理器内用于松散寄存器编码的方法和装置

说明书

本申请的优先权是于1999年5月13日申请的美国临时专利申请Serial No.60/134,253，标题为“Method And Apparatus For SynthesizingAnd Implementing Intergrated Circuit Designs”和共同待审的于1999年10月14日申请的美国专利申请No.09/418,663，标题为“Method AndApparatus For Managing The Configuration And Functionality Of ASemiconductor Design”，它的优先权是相同标题的于1998年10月14日申请的美国临时专利申请Serial No.60/104,271。

                       发明背景

1.发明领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及在一个流水线中央处理器(CPU)或用户化微处理器中使用的用于实现指令的一种硬件描述语言。

2.描述相关技术

在计算机领域中RISC(精简指令集计算机)处理器是大家所熟知的。RISC处理器与非-RISC(通常所说的“CISC”)处理器相比，通常具有利用充分精简指令集的基本特性。一般RISC处理器机器指令并不全是微编码的，可以立即执行而不用解码，因而在处理速度上可以提供有意义的经济效益。这一“流线型的”指令处理能力还允许进一步简化处理器的设计(与非RISC设备相比)，从而允许更小的硅片和更少的生产成本。

此外，RISC处理器典型的特征在于若干或所有的下列属性：(i)装入/存储存储器结构体系(也就是，仅在装入和存储指令时必须存取存储器；其他的指令经过处理器中的内部寄存器操作)；(ii)多数指令的单周期执行；(iii)固定长度易于解码的指令格式；(iv)处理器和编译器的统一性，以及较简单和更易于编写的一个编译器；(v)硬连线控制；(vi)较少的寻址模式；(vii)相对静态的指令格式；和(viii)流水线操作。RISC装入/存储体系结构

如上所述，通过限制存取存储器而只是装入和存储指令，RISC处理器的装入/存储体系结构大幅简化了设备的操作；其他的操作是“寄存器到寄存器”。因此，典型的RISC处理器还使用大量的内部寄存器来处理这样的操作。以下说明一个简单的装入/存储的支持加法的运算：

运算               a＝b+c

指令

    loadr3，a      用来自源定位a的值装入寄存器3

    loadr4，b      用来自源定位b的值装入寄存器4

    addr5，r3，r4  加寄存器3和4，并在寄存器5中存储结果

    storee，r5     在目的地位置e存储寄存器5的内容

如上例所示，原有技术的RISC通常是用一个中间寄存器(例如，r5)来保持整个装入/存储操作过程中到存储器的数据。由于大多数RISC处理器依靠这样的装入/存储机制来存取和修改存储器的值，当期望一种简单的存储器存取时指令的效率受损。寻址模式

一种寻址模式是存取一个可以在任何地方被发现的操作数的一种方法。通常，操作数可以位于存储器中或一个CPU寄存器中或者它们可以是被定义在代码本身中的文字值。在微处理器中可能使用的寻址模式尤其包括，“隐含的”寻址，其中操作码规定操作数；“立即”寻址，其中指令本身包含操作数；“直接”寻址，其中操作数为一个存储器地址或寄存器目的地；“非直接”寻址，其中操作数规定期望操作数的地址；和“索引”寻址，其中添加或者说操作两个或多个值以得到操作数的地址。

在上述列出的寻址模式中，“立即”寻址在一个RISC处理器中经常使用，因为在指令内立即包含操作数。如上所述，一个立即指令(通常由语法“imm”表示或它的语法派生)一般在指令本身中包含操作数。一个立即指令通常具有这样的操作数，一个文字值跟随一个特殊的字符比如“#”符号。操作数的格式可以变化。例如，指令可以具有如下的一个操作数：

$1234           ；操作数是文字值$1234

Buffer          ；操作数是被附属到“Buffer”的文字值   ‘Y’            ；操作数是ASCII代码大写字母Y短立即与长立即