[发明专利]一种中断处理方法及流水线控制器

说明书

本发明公开了一种中断处理方法及流水线控制器，所述中断处理方法包括以下步骤：（1）、内核接收中断请求，并获取中断向量；（2）、内核判断当前状态是否允许中断，若允许，取指单元使用中断向量对中断服务程序进行取指；（3）、内核执行中断服务程序的首条指令，并使用首条指令标识进行标识，同时，内核当前流水线上的尾部指令正常执行，所述尾部指令为内核当前流水线上位于所述中断服务程序中的首条指令之前的指令；（4）、按照中断返回寄存器中保存的返回地址进行返回。本发明的中断处理方法，响应中断不会冲刷流水线，已经取指、发射、译码、执行的指令可以继续执行，避免了这些指令的重复操作。

技术领域

本发明属于微处理器设计技术领域，具体地说，是涉及一种中断处理方法及流水线控制器。

背景技术

在微处理器中，中断（Interrupt）是一种重要的通信、控制方法之一。产生中断后，处理器核将暂时停止当前处理的程序，转而去响应中断请求，在完成中断服务程序之后，返回继续执行被中断的程序。

中断按产生原因可分为软件中断和硬件中断。软件中断也称为例外或异常（Exception），由指令的执行状态决定，通常在指令的不同流水级可能出现不同的例外，例如在指令译码阶段发现指令非法、在Load/Store指令执行阶段发现TLB缺失、在除法指令执行时发现除数是0、在计算指令执行完毕后发现溢出，或者处理器提供软件中断/陷阱指令，提供一种类似系统调用的功能。不同例外可能在不同的流水级产生或被发现，但是其共同点是由指令产生。硬件中断是指由处理器核之外的设备在特定情况下，请求内核处理相关事务，比如在DMA完成数据搬运之后可通过中断通知内核DMA事务的结束、内核配置外设错误导致出现错误请求内核处理并重新配置，或者一些通用的中断，可配置处理器在中断产生时，运行特定的程序。

中断具有不同的处理方式，通常有精确软件中断与非精确软件中断的区别。精确软件中断需要满足以下两个条件：第一，中断返回地址对应的指令之前的指令完全执行完毕，且对处理器状态进行了修改；第二，中断返回地址对应的指令及其之后的指令对处理器没有进行修改。而不满足上述两个条件的处理方式称之为非精确软件中断。一般情况下，大部分中断要求精确软件中断，只有极少数非精确软件中断中断，或者在某些处理器中没有非精确软件中断。

对于例外而言，产生例外的指令的地址就是中断返回地址，硬件中断为了与软件中断统一处理，通常的处理方法是绑定一条除了某些特定指令之外的指令，当该指令运行至中断处理逻辑所在流水级时，与例外作相同处理。因为中断可能在各流水级产生，为了精确软件中断的处理，通常在最晚可能产生例外的流水级中统一处理中断，由于某些中断在指令执行完毕之后才可能被发现，所以该流水级较多选在提交/写回级（流水线最后一级）。

处理器在响应中断时，通常会冲刷整个流水线，然后对中断服务程序取指。由于中断处理所在流水级已经处于整个流水线的末尾，此时对流水线冲刷将导致后续已经进行取指、译码、执行的指令被取消，当中断返回之后继续执行。这种方式对流水线的利用率很低，被冲刷的指令在中断返回之后仍然需要重新执行，既影响性能又增加功耗。

发明内容

本发明为了解决现有中断处理方法为响应中断而冲刷整个流水线，使得冗余执行造成性能损失和功耗增加的问题，本发明将改进处理器对中断的响应方法，最大限度的减少性能损失和功耗。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种中断处理方法，包括以下步骤：

（1）、内核接收中断请求，并获取中断向量；

（2）、内核判断当前状态是否允许中断，若允许，取指单元使用中断向量对中断服务程序进行取指；

（3）、内核执行中断服务程序的首条指令，并使用首条指令标识进行标识，同时，内核当前流水线上的尾部指令正常执行，所述尾部指令为内核当前流水线上位于所述中断服务程序中的首条指令之前的指令；