[发明专利]一种低功耗的处理器

说明书

本发明公开了一种低功耗的处理器，包括取指模块、译码模块、执行模块、访存模块、写回模块、功耗管理模块、流水线控制模块以及数据模块，其工作模式划分为正常模式和低功耗模式，在正常模式，通过所需调用的数据动态选择SRAM可以有效的避免传输数据的供应不足或者资源浪费，其中取指模块、译码模块、执行模块、访存模块、写回模块之间的5级流水线设计可以有效提高处理器的吞吐量，控制位的设置会提前对指令的有效性进行判定以防造成无用功耗浪费，当处理器进入低功耗模式，则会启动监管机制，若出现闲置的模块、单元会将其逐步关闭以节省功耗，在保持处理器性能的同时降低其功耗以应对不同的应用场景，解决了硬件资源浪费的问题。

技术领域

本发明涉及人工智能领域，尤其是涉及一种低功耗的处理器。

背景技术

随着人工神经网络研究的发展以及在人工智能领域的广泛应用，人工神经网络相比于传统人工智能算法显现出独特的优势。这使得处理器不断的发展进步，其性能不断的提升。现代处理器的功耗、局部功率密度也在不断提高，会对封装、冷却问题和可靠性带来不利的影响。而且随着温度的升高，会引起故障率呈现指数增长、速度变慢、漏电增加等问题。

同时近年来嵌入式设备随着各种智能控制系统、智能玩具、工业控制、掌上设备等需求而不断扩大和流行，嵌入式设备其目标是在满足用户对性能需求的前提下，尽可能的降低能耗，以延长设备的待机时间。因此，其面临着小体积、高性能和有限电池能量之间的矛盾，而低功耗处理器的设计是解决这些问题的有效方法。

要获得一种能耗低、性能功耗比高的处理器是一个多层面问题，想要有效的降低功耗，不仅仅需要考虑软件的设计，改进系统、硬件的设计方法也是有必要的。运行于处理器之上的软件程序，其灵活性很高，发掘低功耗的效果要比硬件低功耗本身的效果更加显著。因此为了使处理器消耗尽可能少的功耗，软件设计应该尽可能合理的调用处理器的硬件资源，例如编译优化、电源管理、应用软件的编写、在不同场景下调用不同能耗的硬件以及在处理器空闲时刻使处理器进入低功耗休眠模式等等。

硬件是系统运行的物质平台，因此在此基础上对处理器进行不同层面的低功耗设计也是非常有必要的，只有在软硬件上进行合理的设计并且互相配合，才能做到在不影响处理器性能的情况下，使其功耗降低，减少其对能量的消耗。

传统的处理器为了不断追求处理器的高性能，不断提高工作时钟频率，增加逻辑复杂度，导致的功耗问题也越来越突出。因此为了在保证处理器性能不降低的前提下，使处理器拥有更低的更长的工作时间，本发明设计了一种低功耗处理器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低功耗的处理器，从不同的硬件层面对处理器的运行资源进行合理的调用，保证在不影响其性能的条件下，使得处理器的功耗可以得到有效降低。

一种低功耗的处理器，包括功耗管理模块、取指模块、译码模块、执行模块、访存模块、写回模块、流水线控制模块和数据模块。

功耗管理模块用于控制取指模块、译码模块、执行模块、访存模块、写回模块以及数据模块中各个SRAM的工作状态；取指模块用于读取指令PC值，并在PC中截取有效地址位，根据地址在指令存储器中取出指令；译码模块对指令进行译码，并在数据模块中取出指令的源操作数；执行模块用于分支跳转指令的跳转PC值和整形指令、乘除法指令结果的计算以及访存指令中访存地址的计算；访存模块根据执行模块计算出来的访存地址来对数据模块中寄存器进行读写；写回模块根据目的寄存器号将计算结果写回到数据模块的寄存器中；同时取指模块、译码模块、执行模块、访存模块、写回模块这五个模块依次相连以完整的运行每条指令；流水线控制模块分别与取指模块、译码模块、执行模块、访存模块、写回模块相连以完成5级流水线控制以及与数据模块相连以完成SRAM寄存器的选择；数据模块分别与执行模块、访存模块、写回模块相连以实现数据的传输。

取指模块、译码模块、执行模块、访存模块和写回模块采用5级流水线的模式进行布置，使处理器可以在一个时钟周期内同时处理多条指令。