[发明专利]支持单指令流与多指令流动态切换执行的方法及微处理器

说明书

技术领域

本发明涉及微处理器领域，具体涉及带有标量单元和向量单元的数据处理方法及微处理器。

背景技术

现代微处理器的设计通常会考虑无线通信、图像视频处理等应用的需求，这些应用一般包含串行连接的多个核心算法模块（如FFT、信道估计、运动估计等算法）。在这些核心算法模块中，向量处理和标量处理呈现多样化的配合执行方式：有向量处理需要标量处理频繁配合的情况，也有向量处理的独立性较强、仅需少量标量处理配合的情况，而在核心算法模块之间则以标量处理为主。总体而言，微处理器面向无线通信、图像视频处理等的应用算法呈现标量、向量处理相交织的特点。

针对应用的上述特点，当前已有的研究中，带有标量单元和向量单元的微处理器结构已经成为微处理器设计的主流方向，其中标量单元负责标量任务的处理，在具体程序中主要体现为对程序中的标量部分、以及有关分支跳转、循环控制部分的处理，而向量单元则主要负责计算密集型的向量处理任务，在程序中主要体现为对循环体的处理，标量单元、向量单元采用单指令流的执行方式，共同执行由指令发射部件统一发射的标量、向量指令流。但是，这样的执行方式对于应用程序中大量存在的执行较为独立（仅需少量循环控制、标量处理的配合）、且执行时间较长的循环体的执行，常常表现为向量单元在执行耗时的循环体处理时，标量单元仅仅执行少量的循环控制和标量处理，其余大部分时间都处于空闲的状态，因此使得标量单元的运算资源得不到充分利用，从而影响处理器整体性能的提高，造成了处理器资源的浪费。

发明内容

本发明针对上述现有技术的缺陷，提供一种处理器资源利用率高、并行处理性能高、硬件复杂度低、集成度高、支持嵌入式操作系统的支持单指令流与多指令流动态切换执行的方法及微处理器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种支持单指令流与多指令流动态切换执行的方法，采用标量单元和向量单元执行来自指令发射部件的指令，其实施步骤如下：首先标量单元和向量单元在默认的单指令流模式下执行来自指令发射部件的同一个指令流，当向量单元执行目标循环体时，标量单元完成目标循环体的初始化、控制目标循环体指令进行缓存并切换为多指令流模式，然后向量单元执行所述缓存的目标循环体指令，同时标量单元执行与所述目标循环体无关联的标量指令流，并最后在向量单元执行目标循环体完毕时切换为单指令流模式。

作为本发明支持单指令流与多指令流动态切换执行的方法的进一步改进：

所述切换为多指令流模式时，所述标量单元首先保存当前的单指令流模式执行现场、恢复与目标循环体无关联的标量指令流执行现场，然后配置向量单元选择执行缓存的目标循环体指令。

所述向量单元执行目标循环体完毕时，向量单元向标量单元发送中断信号，所述标量单元收到中断信号后，首先保存与目标循环体无关联的标量指令流执行现场、恢复单指令流模式执行现场，然后配置向量单元选择执行来自指令发射部件的向量指令并切换为单指令流模式。

所述向量单元执行目标循环体完毕时，向量单元向标量单元发送中断信号，所述标量单元收到中断信号后，首先保存与目标循环体无关联的标量指令流执行现场、恢复单指令流模式执行现场，然后配置向量单元选择执行来自指令发射部件的向量指令并切换为单指令流模式。

本发明还提供一种支持单指令流与多指令流动态切换执行的微处理器，包括指令发射部件和分别与指令发射部件相连的标量单元、向量单元，所述指令发射部件用于向标量单元和向量单元分配指令，所述标量单元和向量单元相连，所述向量单元用于执行循环体指令，所述标量单元用于执行循环体的初始化、循环过程控制、循环完毕后的控制以及切换微处理器的工作模式，所述指令发射部件通过指令流切换单元与向量单元相连，所述标量单元在完成目标循环体的初始化、控制目标循环体进行指令缓存后，切换工作模式为多指令流模式，在多指令流模式下所述标量单元执行与向量单元执行的目标循环体无关联的标量指令，所述指令流切换单元获取指令发射部件分配的向量指令并负责执行所述向量单元的循环过程控制、并在所述向量单元执行目标循环体完毕时向所述标量单元发送中断信号，所述标量单元根据所述中断信号切换工作模式为单指令流模式。