[发明专利]一种加速原子指令执行的方法和装置

说明书

本发明公开了一种加速原子指令执行的方法和装置，本发明方法为根据原子指令生成对应的辅助指令（Load指令或预取指令），向不同的流水线输出原子指令及辅助指令；辅助指令Load前瞻执行读取原子指令需要操作区域的数据，将结果写往结果总线和原子指令结果队列，使得其他依赖该指令结果的指令可提前执行使得原子指令结果提前送出、执行速度加快，原子指令在提交后执行，根据执行结果确认辅助指令Load的前瞻执行结果；辅助指令为预取指令则执行预取指令提前将数据获取到处理器核中并置为可写状态，原子指令直接操作预取指令已经置为可写状态的数据加速执行过程。本发明可提高处理器核性能，并且实现简单，可灵活应用到现有处理器设计中。

技术领域

本发明涉及微处理器的微体系结构设计领域，具体涉及一种加速原子指令执行的方法和装置。

背景技术

为了提高程序性能，目前多数程序都采用并行的方式运行，并行线程之间通过共享资源进行通信。 为了支持共享资源的并发写，多数体系结构都提供了原子指令。原子指令基本操作为对存储空间的某个区域进行“读-修改-写”，并且在此期间不能被打断。原子指令一般需要返回读取的存储空间目标地址的数据，并写回到寄存器中。所以原子指令同时带有数据存储、计算和数据获取的操作。

在高性能乱序执行的处理器中，由于数据获取指令（Load指令）处于程序执行的关键路径上，所以进行了专门的优化，使其可以乱序执行。而数据存储指令（Store指令）一般不允许前瞻执行，必须等到指令提交之后才能往存储器写数据。原子指令需要读并且写存储空间，故一般按照Store指令的执行方式执行。一般来说，Load指令的执行经过指令分派、指令发射、获取数据、写回结果（数据写到结果总线）、指令提交阶段。原子指令由于有Store指令的特性，会先后经过指令分配、指令发射、指令提交、获取数据并修改、写回结果(数据写回结果总线)阶段。由于原子指令也要写回寄存器，所以原子指令写回结果的时间直接影响后续使用该数据的指令的执行时机，从而影响整个程序执行的性能。并且，由于原子指令需要对存储空间数据进行修改，所以需要获取数据的写权限才能执行。而处理器核中的数据多数处于共享（只读）状态，这就要求处理器核通过一致性协议将该数据获取并处于可写状态，而该过程涉及到和处理器核外部交互，一般需要较长时间，这就使得原子指令执行的延迟进一步增大。

如图1所示，在一般乱序执行的处理器中，Load指令能在T3就能返回数据，此时依赖于该Load目的寄存器的后续指令就可以获得数据执行了，在指令T4指令提交时，确认Load指令的执行结果，如果不正确则进行流水线清空操作即可保证整个程序执行的正确性。但是原子指令在T8才能返回读取的数据，因为对存储空间的写无法撤销，所以必须在指令提交之后才能进行写操作。因此原子指令写目的寄存器的时机严重滞后于普通Load，后续指令的执行也相应滞后。如果程序中共享资源的读写较多，那么这样原子指令的执行会严重影响整个程序的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种性能高、开销小、易于实现、使用灵活的加速原子指令执行的方法和装置，本发明可提高处理器核性能，并且实现简单，可灵活应用到现有处理器设计中。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种加速原子指令执行的方法，实施步骤包括：

1）取原子指令；

2）根据原子指令生成对应的辅助指令，所述辅助指令为Load指令或预取指令，其中Load指令用于从原子指令操作存储区域取出原子指令操作执行前的数据，预取指令用于将原子指令操作存储区域的数据提前预取到处理器核中，并置于可写状态；分别向不同的流水线输出原子指令及其对应的辅助指令；