[发明专利]一种专用双流水线RISC指令系统及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及指令系统及操作方法，特别涉及一种专用的双流水线RIST指令系统及其操作方法。

背景技术

计算机指令一般由操作码和地址码组成，不同的指令体系在指令的结构上存在区别：首先，指令字长的位数，是定字长还是变字长；其次，操作码位数是定量还是浮动量；还有是地址的结构和寻址方式。这种种区别因素使计算机指令产生了“简单指令”和“复杂指令”之分。指令形式的不同也造成了CPU内部结构的不同。目前CPU的指令体系可分为CISC(Complex Instructor Set Computing，复杂指令集运算)和RISC(Reduced Instructor Set Computing，精简指令集运算)两大体系。

RSIC体系结构是IBM公司在70年代发明的，其基本目标是提供一套可以在硬件上快速高效运行的精简指令集，而比较复杂的指令则用软件来实现。

但是，在传统的RSIC结构中通常采用单流水线结构，一个系统时钟周期之内只能执行一条指令，运算速度和效率受到限制。另外，当集成电路芯片功能和性能加强，若使用由算法直接映射成硬件的方法将各个数据处理模块直接映射为相应电路，其所需要的硬件面积会随着计算单元数量的增加或信号处理位数的增加而大幅度增加。并且由算法直接映射成硬件的方法兼容性差，一旦在功能或算法上有所改变，就需要增加电路模块或修改电路结构。

因此，有必要设计一种新的结构和方法，以满足多功能高性能的集成电路的指令系统设计要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种专用双流水线RISC结构，它能在集成电路芯片内实现电路设计所要求的功能，特别是多功能高性能的集成电路芯片电路设计要求的功能。

因此，本发明一方面提供一种专用双流水线RISC指令系统，该系统具有两条并行的流水线，其顺序包括获取指令单元、指令译码单元、指令执行单元、访问内存单元和数据写回单元。

该系统使用双流水线RISC指令，该指令包括两条合并的单流水线指令。

所述的两条流水线由指令计数器、指令存储器、寄存器堆、双运算单元、数据存储器、数据选择模块、跳转预测模块和双数据预测模块构成。

所述的两条流水线上的数据适于相互交换。

本发明另一方面提出一种专用双流水线RISC指令系统的操作方法，包括以下步骤：

设置两条并行的流水线，即顺序设置获取指令单元、指令译码单元、指令执行单元、访问内存单元和数据写回单元。

设置包括两条合并的单流水线指令的双流水线RISC指令。

所述双流水线RISC指令的寻址方式为寄存器寻址和立即数寻址。

所述双流水线RISC指令包括运算指令、读出指令、存储指令和跳转指令。

使用本发明的专用双流水线RISC指令系统来实现多功能高性能集成电路芯片的数字信号处理器，省却了使用通用数字信号处理器时其中的很多资源在实现算法时并不用到而造成的资源浪费，并且在实现了24位以上运算(内部48位)的同时，又具有成本低、功耗低的优点。

附图说明

图1为单流水线RISC指令结构示意图；

图2为本发明的专用双流水线RISC指令结构示意图；

图3为单流水线RISC指令系统结构示意图；

图4为单流水线指令处理阶段示意图；

图5为本发明的专用双流水线RISC指令系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本实施例为用在一种专用双流水线RISC结构的电能计量芯片内的专用双流水线RISC指令结构，用以实现电能计量的设计要求。

图1为单流水线RISC指令结构示意图。

如图所示，单流水线指令由操作码和地址码组成。操作码为操作指令类型，地址码为该指令涉及数据的存储地址。

图2为本发明的专用双流水线RISC指令结构示意图。

如图所示，该专用双流水线RISC指令指令长度为54位，包含两条单流水线指令，每条单流水线指令各为27位，其中包括操作码5位、源1地址6位、源2地址6位、目的地址10位。

该专用双流水线RISC指令结构的寻址方式只有寄存器寻址和立即数寻址两种，其指令类型则主要包括运算指令、读出指令、存储指令和跳转指令，一一说明如下：