[发明专利]并行向量处理引擎结构

权利要求书

1.一种并行向量处理引擎结构，其特征在于，该结构包括局部存储器、总线控制器、向量处理单元和通信同步单元，其中，该局部存储器由多个存储块组成，每个存储块独立运行，且每个存储块作为一从设备通过总线与该总线控制器连接，该向量处理单元与该通信同步单元均作为一主设备通过该总线控制器连接。

2.根据权利要求1所述的并行向量处理引擎结构，其特征在于，所述局部存储器用于存放指令和数据，所述向量处理单元通过在该局部存储器中加载或存储指令实现数据的存取。

3.根据权利要求1所述的并行向量处理引擎结构，其特征在于，所述总线控制器用于将接收自某一主设备的请求根据特定规则路由至某一从设备，并且当多个主设备向同一从设备发出请求时，该总线控制根据特定规则对这些请求进行排序，同一时间内只向同一从设备转发一个请求。

4.根据权利要求1所述的并行向量处理引擎结构，其特征在于，所述向量处理单元包括四个并行执行的功能单元：标量计算单元、地址计算单元、程序控制单元和向量计算单元，其中标量计算单元用于执行所有标量计算指令，地址计算单元用于执行所有地址计算指令、加载或存储指令，程序控制单元用于执行所有跳转指令，向量计算单元用于执行所有向量计算指令。

5.根据权利要求4所述的并行向量处理引擎结构，其特征在于，所述向量处理单元采用变长流水级结构，其流水级分别是F₁、F₂、D、E₀、E₁、...、E_K级，其中K为大于等于1的自然数；F₁级为指令预取级，F₂级为指令返回级，D级为解码级，E₀至E_K级为指令执行级，所述标量计算单元、地址计算单元、程序控制单元和向量计算单元这四个功能单元并行运行，共用F₁级和F₂级，但该四个功能单元在D、E₀、E₁、...、E_K级分离，各个功能单元包括独立的运算部件和流水寄存器。

6.根据权利要求5所述的并行向量处理引擎结构，其特征在于，所述向量处理单元还包括一取指单元；

在F₁级，该取指单元向指令总线发出取指请求和取指地址，指令总线返回状态信息，表明该次请求是否被接受，如果该次请求未被接受，该取指单元须在下一时钟周期重新发起请求；

在F₂级，该取指单元从指令总线获取指令并将指令分发给标量计算单元、地址计算单元、程序控制单元和向量计算单元，如果当前周期指令总线没有返回指令，该取指单元须在接下来的时钟周期内等待指令返回；

在D级，标量计算单元、地址计算单元、程序控制单元和向量计算单元分别进行指令译码，地址计算单元、标量计算单元和向量计算单元读取源操作数，同时，地址计算单元完成地址计算；

在E₀、E₁、...、E_K级，标量计算单元和向量计算单元进行计算，并将计算结果写回局部存储器。

7.根据权利要求6所述的并行向量处理引擎结构，其特征在于，所述地址计算单元在E₀级向数据总线发出加载或存储请求及地址，数据总线返回状态信息，表明该次请求是否被接受，如果该次请求未被接受，流水级停顿，同时地址计算单元须在下一时钟周期重新发起请求；

地址计算单元在E₁级读取数据总线操作结果，如果为加载指令，将返回数据写回寄存器，如果当前周期数据总线没有返回操作结果，流水级停顿，同时地址计算单元在接下来的周期内重新读取数据总线操作结果。

8.根据权利要求1所述的并行向量处理引擎结构，其特征在于，所述通信同步单元包括直接内存访问控制器和消息寄存器，用于实现该向量处理引擎结构与外界进行的数据交换，是该向量处理引擎结构与外部功能单元进行数据交换的唯一途径。

9.根据权利要求8所述的并行向量处理引擎结构，其特征在于，所述消息寄存器对向量处理单元和外部功能单元表现出不同的特性，对向量处理单元表现出通道的特性，对该并行向量处理引擎结构的外部功能单元表现为内存地址映射的寄存器。