[发明专利]一种高性能DSP处理器中的指令多发射方法

说明书

技术领域

本发明涉及DSP处理器内核的设计，具体是一种高性能DSP处理器中的指令多发射方法。

背景技术

数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）是一种专门用于数字信号处理的微处理器，它能够实时快速完成各种数字信号的算法处理。由于DSP具有快速响应和高速运算的特点，因此它在消费类电子、通信、航空航天以及国防安全等领域得到了广泛的应用。DSP微处理器的飞速发展对国防安全以及人们的日常生活都产生了巨大的影响。

高性能DSP处理器的研发是世界上各个国家科技实力竞争的一个至高点，我国现在也非常重视在微处理器研发这一领域，目前有许多高校以及科研机构都对微处理器展开了研究和设计工作，并且也取得了一定的成果，如“龙芯”、“方舟”、“银河飞腾”相继问世。但是由于我们国家在这一领域起步较晚，所研制出的处理器无论是在性能上还是在具体的实际应用上都还无法与国外的芯片进行竞争，在一些核心的关键技术上依然受制于人。因此研制具有我国自主知识产权的高性能处理器对我国经济发展和国防安全均具有重大意义。

先进的半导体加工工艺让同等面积的硅片上面集成更多数量的晶体管成为可能，这为更高复杂度处理器芯片的实现提供了强有力的保障。与此同时，先进的设计技术进一步推动了高性能处理器的发展。比如指令的多发射技术，使微处理器能够在同一个时钟周期发射和执行多条指令，进一步提高了处理器运行指令的并行度，减少了各个路径中每级流水线运行所需的时间。指令的多发射技术极大促进了处理器的性能提升。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高性能DSP处理器中的指令多发射方法，来提高整个DSP处理器性能。

按照本发明提供的技术方案，一种高性能DSP处理器中的指令多发射方法，包括以下步骤：

a. CPU取指单元发出取指地址，从指令缓存中取出所需的指令；如果指令缓存发生缺失，则从外部存储单元中取指令，并更新相应的缓存行；

b. 将取到的指令对齐后放入预取缓冲器中，预取缓冲器根据CPU取指地址的偏移位将指令进行排列对齐，将取值单元首次取到的指令对齐后放入预取缓冲器的低4位，将取值单元第2次取到的指令对齐后放入预取缓冲器的高4位，最后预取缓冲器将排列对齐好的指令放入取指缓冲器中等待发射到相对应的流水线中；

c. 取指缓冲器是一个堆栈结构，取指缓冲器低4位的指令通过发射寄存器发射出去后，取指缓冲器就将高4位中的指令开始下压到取指缓冲器低4位，准备下一次开始发射，并腾出高位的空间来存放来自预取缓冲器中的指令，等待发射；

d. 指令的发射通过两个发射寄存器：第零发射寄存器和第一发射寄存器来实现指令的多发射，第零发射寄存器始终取取指缓冲器低位中的指令，第一发射寄存器取接下来的指令，并根据所取的指令的类型与大小，分别将指令发送到不同流水线中去。

所述指令缓存的组织结构采用两路组相联结构，行大小为256位，能够支持取多条指令；对于不可缓存的地址，专门添加大小为256位行缓冲器作为单行缓存行。

将指令从指令缓存中取到预取缓冲器中后，根据CPU取指地址的偏移位进行排列对齐，并将排列对齐好的指令放入取指缓冲器中等待发射到相对应的流水线中；取指缓冲器为一堆栈结构，每次取指时都是取取指缓冲器低位中的指令；当取指缓冲器低位中的指令发送出去后，取指缓冲器中高位的指令就开始下压到低位，并腾出高位的空间来存放来自指令缓存中的指令。

第零发射寄存器与第一发射寄存器相互配合，负责从取指缓冲器中取指，并根据指令的大小与类型，将指令安排到不同的流水线中去；第零发射寄存器根据所取指令的类型，将指令发射到相应流水线中，第一发射寄存器根据第零发射寄存器所取指令的大小，取取指缓冲器中接下来的指令，并判断指令的类型，如果与第零发射寄存器所取指令类型相同，则交给第零发射寄存器等待发射，避免流水线阻塞，如果与第零发射寄存器所取指令类型不同，则直接发送到另一流水线中；一旦发射寄存器中指令发送出去后，立即填入取指缓冲器中的指令。