[发明专利]一种VLIW流水线的发射方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及处理器的流水线技术，尤其涉及一种超长指令字(VLIW，Very Long Instruction Word)流水线的发射方法和装置。

背景技术

目前，矢量处理器被广泛运用于数字信号处理，尤其是用在有线无线通讯基带调试。矢量处理器的一个最大特点是，它能每周(即每个时钟周期)对多个独立数据进行并行运算。矢量处理器的另一个特点是，它一般采用超长指令字(VLIW，Very Long Instruction Word)指令。每个VLIW指令中包含多个独立的微操作(Microop，Micro-operation)，每个微操作代表了矢量流水线中的一个硬件操作。通过这种VLIW指令，矢量处理器可以每周并行的执行多个微操作。

如图1所示，为现有技术中一个典型的VLIW指令，VLIW指令包含了n个微操作(Microop)：Microop 1、Microop 2、...、Microop n，这n个微操作可以采用不同比特宽度来编码。以下举出三个最常见的流水线微操作：

载入(Load)微操作，即从内存提取数据，再将这些数据写入到寄存器文件(Register File)里；

算术和逻辑单元(ALU，Arithmetic and Logic Unit)微操作，即从寄存器文件读取数据，再将这些数据送到ALU里进行运算，运算完之后再将结果写回到寄存器文件里；

存储(Store)微操作，即从寄存器文件中读取数据，再将这些数据写回到内存里。

在一个传统的矢量处理器中，当一个VLIW指令从指令内存里被提取进来时，它首先会在译码(DEC，decoding)阶里进行译码。当译码完成后，该VLIW指令中所包含的多个可并行的微操作一般都是在下一周(或在短期内)并行发射。

图2显示了一个传统VLIW流水线的操作时序图，在该VLIW流水线中只有三个微操作：Load、ALU和Store微操作。其中，VLIW指令在第1和第2阶(F0和F1阶)从指令内存里提取数据；在第3和第4阶(D0和D1阶)完成译码；紧接着，VLIW指令中所包含的三个微操作(Load、ALU和Store)都在第五阶并行发射。其中，Load微操作需要五周来完成，ALU微操作需要六周来完成，Store微操作需要三周来完成，即Load、ALU和Store微操作分别会在第9阶、第10阶、第7阶完成执行。

在这种传统的矢量处理器中，如果有两个微操作之间存在“数据依赖性(data dependency)”或“数据相关性”，有依赖性的微操作必须要等到被依赖的微操作完成运算之后才能开始执行(或才能开始发射)。为了遵守这种数据相关性，硬件通常在流水线中自动加插气泡，但是这种做法通常都会降低流水线的使用率。另一种解决方法是，让编译器将这两个相关的微操作编码进两个不同的VLIW指令里，且这两个VLIW指令之间必须保持一个适当的时间距离，以确保被依赖的微操作完全结束执行后才让有依赖性的微操作开始执行。这个时间距离是按照被依赖微操作的执行时间长短来确定的。

例如，三个有依赖性的微操作Load、Add和Store，其数据相关性描述如下：Add需要Load所读取到的数据，Store又需要Add所得到的结果。因此，Add微操作必须等Load微操作执行完毕之后(数据写入到寄存器文件)，才能从寄存器文件中读取数据；Store微操作必须等到Add微操作运算完毕，将结果写回到寄存器文件之后，才能开始执行。即这三个微操作形成一个串联的相关性：Load→Add→Store。

假设Load微操作需要五周时间执行，Add微操作需要六周时间执行，Store微操作需要三周时间执行，那么这三个相关微操作的执行代码是：

1、load  a0，v0；  //v0＝memory[a0]；

2、<其他指令组1>；  //这些指令将执行4周

3、add  v1，v0，v0；//v1＝v0+v0；

4、<其他指令组2>；  //这些指令将执行5周

5、store  a1，v1；  //memory[a1]＝v1。