[发明专利]一种低功耗的寄存器堆的写回丢弃方法

权利要求书

1. 一种低功耗的寄存器堆写回丢弃方法，以现有的基本流水线结构的MIPS微处理器为基础，所述现有的微处理器包含取指令级、译码级、执行级、访存储器级、对齐级和写回级；其特征在于具体步骤为：

（1）对所述微处理器，扩充原有的MIPS指令集，在有冗余位的指令中增加3位的“生命长度”来表征当前寄存器变量将要被几条后续指令使用；

其中，寄存器X的生命长度定义如下：当寄存器X在执行级（E）、访存级（M）、对齐级（A） 级时，如果寄存器X有1、2、3个在其反馈范围内的后续指令需要用到寄存器X，则寄存器X的生命长度就对应的被指定为1、2、3；如果寄存器X有超出反馈范围的后续指令需要用到寄存器X，则寄存器X的生命长度就被定义为4 ；

（2）在上述扩充MIPS指令集的基础上，在执行级、访存级和对齐级增加“生命长度”调整逻辑：即如果当前寄存器变量被后续的指令使用，则将其“生命长度”减小1；一旦发现当前寄存器变量的“生命长度”为0，则将其通过基于选择器-寄存器的屏蔽逻辑丢弃。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步进行指令寄存器生命长度静态推测计算，该计算由软件工具实现，该软件工具静态遍历生成的汇编代码，确定需要加入“生命长度”的指令中的寄存器变量的“生命长度”，并将其嵌入到当前指令的冗余位；所述的指令寄存器生命长度静态推测计算的算法包括：一个主算法和两个子算法，主算法简称算法I，两个子算法分别是：组内生命周期计算，简称算法II，组外写丢弃判断计算，简称算法III；主算法的步骤如下：

（1）针对当前程序的汇编代码中每条指令，首先调用算法II来计算组内的生命周期life和写丢弃信号wd，如果算法II返回了有效的wd信号，表示算法II确定在组内该寄存器可以被丢弃，那么算法I就将该指令寄存器的生命确定为life；如果life等于4，则表明在组内确定该指令的寄存器不能被丢弃，算法I就将life置为4；否则表示单独调用算法II无法确定是否要丢弃；于是

（2）进一步调用算法III，如果算法III确定可以丢弃，则将指令的寄存器生命周期置为算法III的返回值，否则将其置为4；

其中，算法II步骤如下：

（1）在当前指令的后续选择3条后续指令构成一个组（group），当当前指令在延迟槽时，按照分支发生与不发生，获得两个组；

（2）定义三个概念：distance，即距离，表示当前指令的寄存器将隔多少个时钟周期而被后续的指令用到，如果距离大于3，则一律置为4；dependent，即依赖性，表示当前指令是否依赖于第一条指令，依赖意思是当前指令的操作数来自第一条指令的目的寄存器；rewrite，即覆写，表示当前指令的目的寄存器是否与第一条指令一致，一致则为覆写，否则不为覆写；

（3）算法II首先获取当前指令对应的指令组，然后填写步骤（2）中三个概念：distance、dependent、rewrite所对应项的表格，然后开始逐一检查后续指令，A、如果发现有指令依赖于第一条指令，且距离为4，则将第一条指令的生命周期置为4，退出；B、如果有依赖且距离小于4，则生命周期加1；C、如果出现了覆写，则判断生命周期是否是4，如果是的话不能丢弃，否则可以丢弃，返回生命周期；

算法III步骤如下：

（1）如果判断出当前指令被后续指令使用，则表示当前指令的寄存器不能被丢弃，返回0，结束；

（2）否则，如果判断出当前指令的寄存器被后续的指令覆写了或者达到程序的结束出口，则开启下一轮的判断；

（3）如果下条指令是条件分支指令，那么必须同时判断分支是否发生两条路，这里将分支节点存入到分支容器中，如果在分支容器中发现了这个分支节点，则表示之前已经达到过这个分支点，意味着出现了环，需要把环剔除，否则将分支存入容器，并且先判定分支成功的支路，然后再判断分支失败的支路，直到达到步骤（2）中所说的条件，算法结束。