[发明专利]一种CPU寄存器体系结构及其中断处理方法

说明书

本发明提供了一种CPU寄存器体系结构及其中断处理方法，其中CPU寄存器体系结构包括寄存器阵列、初值备份寄存器阵列；所述寄存器阵列包括由地址选通的寄存器组，所述寄存器组包括一组基础寄存器组、N组中断寄存器组；所述初值备份寄存器阵列包括由地址选通的初值备份寄存器组，所述初值备份寄存器组包括一组基础寄存器组、N组中断寄存器组。本发明提供的CPU寄存器体系结构及其中断处理方法法避免了中断时需要保存现场以及返回时需恢现场的操作，从而加快中断处理过程。

技术领域

本发明涉及一种CPU寄存器体系结构及CPU寄存器体系结构的中断处理方法。

背景技术

寄存器是集成电路中非常重要的一种存储单元，通常由触发器组成。在集成电路设计中，寄存器可分为电路内部使用的寄存器和充当内外部接口的寄存器这两类。内部寄存器不能被外部电路或软件访问，只是为内部电路实现存储功能或满足电路的时序要求。而接口寄存器可以同时被内部电路和外部电路或软件访问，CPU中的寄存器就是其中一种，作为软硬件的接口，为广泛的通用编程用户所熟知。

在计算机领域，寄存器是CPU内部的元件，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。寄存器是内存阶层中的最顶端，也是系统获得操作资料的最快速途径。寄存器通常都是以他们可以保存的位元数量来估量。

寄存器分：1、数据寄存器-用来储存整数数字；2、地址寄存器-持有存储器地址，用来访问存储器；3、通用目的寄存器，可以保存数据、地址，也就是说它们是结合数据/地址寄存器的功用；4、浮点寄存器，用来储存浮点数字；5、常数寄存器，用来持有只读的数值(例如0、1、圆周率等等)；6、向量寄存器，用来储存由向量处理器运行SIMD(Single Instruction,Multiple Data)指令所得到的数据；7、特殊目的寄存器-储存CPU内部的数据，像是程序计数器(或称为指令指针)、堆栈寄存器以及状态寄存器(或称微处理器状态字组)；8、指令寄存器(instruction register)，储存现在正在被运行的指令；9、索引寄存器(indexregister)，是在程序运行时用来更改运算对象地址之用。

CPU中断为这样一个过程：在特定的事件(中断源，也称中断请求信号)触发下引起CPU暂停正在运行的程序(主程序)，转而先去处理一段为特定事件而编写的处理程序(中断处理程序)，等中断处理程序处理完成后，再回到主程序被打断的地方继续运行。当CPU接受中断时，只需暂停一个或几个周期而不执行处理程序的中断，称为简单中断。中断又可分为屏蔽中断和非屏蔽中断两类，可由程序控制其屏蔽的中断称为屏蔽中断或可屏蔽中断，屏蔽时，处理机将不接受中断，反之，不能由程序控制其屏蔽，处理机一定要立即处理的中断称为非屏蔽中断或不可屏蔽中断，非屏蔽中断主要用于断电、电源故障等必须立即处理的情况。处理机响应中断时，不需执行查询程序，由被响应中断源向CPU发向量地址的中断称为向量中断，反之为非向量中断，向量中断可以提高中断响应速度。

一方面，有了中断功能，计算机系统就可以使CPU和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件；而且有了中断功能，CPU可允许多个外设同时工作，这样就大大提高了CPU的利用率，也提高了数据输入、输出的速度。另一方面，有了中断功能，就可以使CPU及时处理各种软硬件故障；计算机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的情况或出现一些故障，如电源掉电、存储出错，运算溢出等等，计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。

根据中断源的不同，中断常分为两大类：硬件中断和软件中断。按照事件发生的顺序，中断过程包括：①中断源发出中断请求；②判断当前处理机是否允许中断和该中断源是否被屏蔽；③优先权排队；④处理机执行完当前指令或当前指令无法执行完，则立即停止当前程序，保护断点地址和处理机当前状态，转入相应的中断服务程序；⑤执行中断服务程序；⑥恢复被保护的状态，执行“中断返回”指令回到被中断的程序或转入其他程序。上述过程中前四项操作是由硬件完成的，后两项是由软件完成的。

发明内容