[发明专利]矢量DSP 处理器和协处理器协同运作的数据处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域的处理器设计技术，特别涉及一种矢量DSP处理器和协处理器协同运作的数据处理系统。

背景技术

在数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）系统设计中，协处理器一般用来帮助主数字信号处理器完成一些特定用途的操作，从而弥补主数字信号处理器在针对某些特定领域应用时自身指令集的不足，一般来说以完成计算性的指令操作为主。比如说，主数字信号处理器一般只支持定点数操作，当需要完成浮点数操作时，可以在不改变自身指令集和架构的前提下，耦合专用的浮点计算协处理器，从而使得在主数字信号处理器上运行的程序可以获得强大的浮点运算性能。

在现有的包含主数字信号处理器和协处理器的运作系统中，往往存在两套指令集，主处理器和协处理器之间的接口带宽有限，协处理器指令和主处理器指令之间有严重的数据依赖副作用等问题，从而使得包含协处理器指令的软件程序的运行性能大打折扣，没有完全达到原有的用协处理器对特定用途操作进行加速的初衷。

另外，当数字信号处理器设计技术发展到矢量信号并行运算的时代，原有的问题在高性能矢量DSP和协处理器的协同运作的系统中就更为突出。根本原因在于：随着数据处理的精度和并行度越来越高时，主处理器和协处理器之间的接口带宽要求也越来越高，而且也需要新的架构来解决主处理器和协处理器之间的流水线数据依赖问题，和不同应用场景的数据交互问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种矢量DSP处理器和协处理器协同运作的数据处理系统，解决现有主协处理器协同运作系统中存在的指令集不兼容、通信接口带宽小、主处理器指令和协处理器指令之间的数据依赖副作用以及主协处理器之间数据交互方式单一的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种DSP处理器和协处理器协同运作的数据处理系统，至少包括：作为主处理器的矢量DSP处理器、若干协处理器、指令内存和数据内存；其中，所述矢量DSP处理器包括指令预取器、指令解码及发射器、流水线控制器、矢量寄存器阵列/标量寄存器阵列、数据载入与写回单元以及若干矢量运算器；所述协处理器与所述矢量运算器耦合在一起；所述协处理器的操作指令包括三种类别，每种类别的协处理器操作指令由所述矢量DSP处理器的指令集进行固定编码，从而使得主协处理器使用同一套指令集；根据源数据访问方式和结果数据返回方式的不同，所述协处理器包括紧耦合和松耦合两种工作模式；当所述协处理器工作在紧耦合模式时，协处理器的源数据由所述矢量DSP处理器提供，结果数据由所述协处理器在期望时序内直接返回给所述主处理器；当所述协处理器工作在松耦合模式时，所述矢量DSP处理器只是发送命令给协处理器，源数据由所述协处理器自己去所述数据内存去获取，完成指定的协处理器指令操作后，所述协处理器发出中断信号给所述矢量DSP处理器，所述矢量DSP处理器再调用中断响应程序来获取所述协处理器的处理结果。

根据上述的矢量DSP处理器与协处理器协同运作的数据处理系统，其中：当所述协处理器工作在紧耦合模式时，若所述协处理器不能在期望时序内返回结果数据时，所述协处理器发出回档信号来停止主处理器流水线，直到所述协处理器能够返回结果数据，所述主处理器流水线再继续以期望时序运行。

根据上述的矢量DSP处理器与协处理器协同运作的数据处理系统，其中：所述矢量运算器通过仲裁器与所述协处理器一一对应地进行耦合。

根据上述的矢量DSP处理器与协处理器协同运作的数据处理系统，其中：所述矢量运算器通过仲裁器耦合到多个所述协处理器上。

根据上述的矢量DSP处理器与协处理器协同运作的数据处理系统，其中：所述协处理器的操作指令包括的三种类别分别为VCPOUT、VCPIN和VCPCOM；所述VCPOUT是指所述矢量DSP处理器给所述协处理器只发送命令字和源操作数；所述VCPIN是指所述矢量DSP处理器给所述协处理器只发送命令字，并接收所述协处理器返回的结果操作数；所述VCPCOM是指所述矢量DSP处理器给所述协处理器发送命令字和源操作数，并接收所述协处理器返回的结果操作数。

根据上述的矢量DSP处理器与协处理器协同运作的数据处理系统，其中：所述协处理器中运算器与所述矢量DSP处理器中运算器处于相同的矢量DSP处理器的流水线阶段上。

根据上述的矢量DSP处理器与协处理器协同运作的数据处理系统，其中：所述协处理器协处理器能够实现16比特定点数和8比特定点数之间的转换。