[发明专利]32位的多模式微处理器

说明书

技术领域

本发明涉及微处理器及计算机系统，更具体地说，本发明涉及一种32位满足多种嵌入式媒体应用特点的多模式微处理器，微处理器支持3种运行模式：双发射超标量模式(简称双发射模式)、双处理器核模式(简称双核摸式)、双线程模式，用户可以根据应用的特点选择相应的运行模式。

背景技术

目前嵌入式媒体应用范围比较广泛，不同的应用具有不同的特点，对处理器性能要求也不一样。比如有些应用中既要求处理器能实时响应用户请求，监测系统运行的各种状态，然后进行正确的系统控制，又要求处理器进行大量实时数据处理任务，此时采用多线程或者多个独立处理器就比较合适。相反，有些应用本身就是一个不可拆分的单线程任务，或者不存在多个可并行执行的任务，毫无疑问此时一个高性能的多发射结构更加合适。并且某些应用存在大量高速缓存失效，导致处理器长时间停顿而引起性能损失，多线程技术是减少这一性能损失的有效方法之一。因此如果一个处理器能根据应用的特点配置成不同的运行模式，这样的处理器微结构构造最为灵活。

现有大多数微处理器结构只支持一种运行模式，不能根据应用特点的不同选择相应的运行模式。由于嵌入式应用的多样性，处理器在某些应用中有较高的性能，但在其它应用中却体现不出优势，不能完全发挥处理器的性能。

对于根据不同应用特点而进行支持多模式的微处理器结构研究未见有相关专利和研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种32位的多模式微处理器，使用该微处理器能根据应用的特点配置成不同的运行模式。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：提供一种32位的多模式微处理器，该处理器核以两条六级流水线PIPE 1和PIPE 2结构为基础，PIPE 1和PIPE 2均包括取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、访存(DM)、TAG比较(TC)和回写(WB)这六个流水级；此处理器支持3种运行模式：双核模式、双发射模式或双线程模式，用户可以根据应用的特点，选择相应的运行模式；在双核模式下，处理器在微结构上分开，是两个高性能的单发射处理器；在双发射模式下，处理器在微结构上合拢，是一个高性能的双发射精简指令集计算机(RISC)处理器；在双线程模式下，处理器是一个介于细粒度和同时多线程技术之间“伪”SMT处理器，此时处理器可以支持两种运行方式。

在本发明中，取指(IF)级主要是访问指令存储器；译码(ID)级执行指令页面比较、通用寄存器文件的数据相关的转发单元、指令译码；访存(DM)级访问数据存储器；执行(EX)级包括数据页面比较、数据对齐、算术逻辑单元、乘累加单元和用户扩展；访存(DM)级访问数据存储器；TAG比较(TC)级主要确认数据cache访问命中与否和部分字对齐；回写(WB)主要是回写通用寄存器文件和媒体寄存器文件。

作为本发明的改进，该32位的多模式处理器包括支持多模式的数据通路和控制单元，

所述控制单元包括流水线控制单元PCU和跳转控制单元JBU，所述数据通路包括数据旁路部件BPU和寄存器文件RF；

流水线控制单元PCU负责整个流水线的控制，在双核模式下，采用P1_PCU控制流水线PIPE 1，P2_PCU控制流水线PIPE 2；在双发射和双线程模式下，采用一个联合控制单元joint_PCU控制PIPE 1和PIPE 2这两条流水线的运行；

跳转控制单元JBU确定下一拍发射到流水线的指令地址；在双核模式下，流水线PIPE 1和PIPE 2的下一拍指令地址分别由P1_JBU和P2_JBU产生；在双发射和双线程模式下，一个联合跳转控制单元joint_JBU控制PIPE 1和PIPE 2这两条流水线的运行，joint_JBU模块利用P1_JBU和P2_JUB的输出信息，和其它流水线信息一起做出正确的判决，确定下一拍发射到两条流水线中的指令地址；

数据旁路部件BPU根据指令执行的先后次序与相应的控制信号，检测出前后指令之间的数据相关性，从若干数据源中选择出正确的数据，检测结果同时送到流水线控制单元进行流水线状态控制；在双核模式下，P1_BPU负责PIPE1的数据旁路工作，P2_BPU负责PIPE 2的数据旁路工作；在双发射模式和双线程模式下，P1_BPU和P12_BPU一起负责PIPE 1的数据旁路工作，P2_BPU和P21_BPU一起负责PIPE 2的数据旁路工作；