[发明专利]基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器

权利要求书

1.一种基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器，其特征在于：所述处理器包括：

N级流水线，N为自然数，N>1，指令从前级流水线流向后级流水线，完成指令的完整功能；

流水线分类单元，将各级流水线分为M类，M为自然数，N≥M>1，为每一类设置对应的功耗权重，不同类之间功耗权重互不相同，并将流水线分类信息以及功耗权重信息输出到流水线轮动控制单元；

流水线监测单元，实时监测各级流水线的工作状态，将各级流水线是否正在工作中的状态信息输出到流水线轮动控制单元；

流水线轮动控制单元，连接于流水线分组单元以及流水线监测单元的输出端，根据输入的流水线分类信息、功耗权重信息以及流水线工作状态信息，对各级流水线是否需要关闭进行仲裁，进而对需要关闭运行的流水线进行有优先级的阻塞，使得同时运行的流水线数量控制在设定范围内以满足峰值功耗要求。

2.如权利要求1所述的基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器，其特征在于：所述流水线轮动控制单元中，用户通过流水线轮动控制单元设置处理器工作时允许的最大功耗权重，该权重定义为峰值功耗权重；实时统计处于工作状态的各级流水线功耗权重之和，该权重之和定义为实时功耗权重；

依照从后向前的顺序，依次将处于工作状态的流水线的功耗权重累加到实时功耗权重中，若在判定第f级流水线时发现实时功耗权重大于峰值功耗权重，f为自然数，且1＜f≤N，则停止判定工作，无条件阻塞f级流水线以及f级之前的所有流水线；若在判定第f级流水线时发现实时功耗权重小于或等于峰值功耗权重，则继续判定第f-1级流水线；第f-1级流水线的判定方式与第f级相同。

3.如权利要求1或2所述的基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器，其特征在于：所述流水线分类单元中，使用固定的分类方式将所有流水线分成M类，并为各类分配固定的功耗权重。

4.如权利要求1或2所述的基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器，其特征在于：所述流水线分类单元中，通过用户配置的方式，在处理器运行过程中动态修改流水线的分类信息以及功耗权重信息。

5.如权利要求1或2所述的基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器，其特征在于：各级流水线中，若j＞k，j和k均为自然数，1＜j≤M，1＜k≤M，则第j类流水线的功耗权重大于第k类流水线的功耗权重。

6.如权利要求1或2所述的基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器，其特征在于：所述流水线监测单元中，监测各级流水线是否处于工作状态，对于第1级流水线，在某个时钟周期中，若处理器发起取指请求，则该级流水线判定为工作中；对于第i级流水线，i为自然数，且2≤i≤N，在某个时钟周期中，若第i-1级流水线中存在有效指令，且该有效指令可以被发送到第i级流水线，则该第i级流水线判定为工作中。

7.如权利要求2所述的基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器，其特征在于：所述峰值功耗权重大于任何一类流水线的功耗权重。

8.如权利要求2所述的基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器，其特征在于：所述流水线轮动控制单元中，当实时功耗权重大于峰值功耗权重时，阻塞仲裁后需要关闭的流水线以保证实时功耗小于峰值功耗权重。

9.如权利要求1或2所述的基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器，其特征在于：所述流水线轮动控制单元中，对第1级流水线的阻塞通过阻止处理器发送取指请求完成；流水线轮动控制单元对第e级流水线的阻通阻塞过阻止第e-1级流水线向第e级流水线发送指令完成，e为自然数，且2≤e≤N-1；最后一级，即第N级流水线永远不会被阻塞。

10.如权利要求2所述的基于流水线轮动的低峰值功耗嵌入式处理器，其特征在于：所述流水线轮动控制单元中，在判定是否需要阻塞流水线时，从最后一级流水线开始判定，按照最后一级到第一级的方式依次进行判定，所有的判定工作均在一个始终周期内完成。