[发明专利]一种混合型分支方向预测方法

说明书

本发明涉及处理器技术领域，具体涉及一种混合型分支方向预测方法，在预测是否对目标分支指令执行跳转操作时，首先通过采集三个通路中不同状态机的预测结果对该通路进行训练，然后在BTB内为各个通路增加训练计数器域，当再次执行到某条分支指令时，通过BTB中计数器的值判断哪个通路中的子状态机对该指令具有更好的预测准确度，进而选择该通路提供的预测结果作为最终的分支预测结果。此外，为了避免通路中对应的计数器具有相等的值，导致无法判断使用哪条通路的预测结果，额外引入了具有优先级的预测算法。这提高了分支预测的准确度并有较低的硬件开销。

技术领域

本发明涉及处理器技术领域，具体涉及一种混合型分支方向预测方法。

背景技术

现代处理器为了提高性能，大都会采用流水线(Pipeline)技术并行地处理指令。有一类指令为分支指令，在处理分支指令时，为避免或减少因等待分支指令执行结果而造成的流水线停止、阻塞以及冲刷等问题，大多数现代处理器采用分支预测(BranchPrediction)技术，而一个准确度高的分支预测器(Branch Predictor)是提高现代处理器性能的关键部件。

然而，不同的程序会呈现出不同的特性，很难找到一种放之四海而皆准的分支预测算法，一种分支预测算法可能对某个程序有很高的预测准确度，但是对另一个程序的预测结果却难尽人意。

此外，准确度更高的分支预测算法往往代表着更多的硅片面积和更高的功耗，同时也会影响处理器的周期时间。需要在处理器设计的时候仔细进行权衡和折中，以便在硬件消耗、预测准确度和延迟之间找到一个平衡点。

现有技术中，通常采用两比特分支预测算法对分支指令的跳转结果进行预测。该算法是根据分支指令的历史跳转信息对饱和计数器进行状态更新，根据饱和计数器的跳转结果预测分支跳转结果。但是采用该算法跳转时，并未考虑其他因素影响，会忽视一些实际中会出现的特殊情况，一种饱和计数器远远无法覆盖到，从而导致预测结果准确率不高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种混合型分支方向预测方法，所要解决的技术问题在于为了解决相关技术中分支预测状态计数器单一如且硬件消耗较高的问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种混合型分支方向预测方法，用于处理器核，所述方法包括：

首先获取当前指令的虚拟地址，对其进行预解码，根据分支指令的特征对预解码操作之后的指令进行识别并分类；其中，当前指令为分支指令时，获取所述分支指令所属线程的分支历史信息；

其次，基于所述历史分支信息和所述分支指令的虚拟地址，从模式历史表PHT中获取分支指令的分支预测信息，包括：

基于所述分支指令的虚拟地址和所述分支指令的历史分支信息，确定模式历史表PHT的索引值；将索引值作为索引查询所述PHT，获得所述分支指令的分支预测信息。

优选的，由于所述分支指令的地址是预先设定的，故直接将每一个地址对应一个PHT中的表项，假设每一个表项是一个两比特饱和计数器，因此对于32位的虚拟地址来说，需要2³⁰×2b大小的存储空间，假设指令是字对齐的，不考虑虚拟地址的低两位，显然这样的硬件消耗太过庞大；考虑到并不是所有的指令都是分支指令，因此只取虚拟地址的k比特，来对应PHT中的表项，但是这样会引入新的别名问题，原因是k比特部分相同的不同虚拟地址会对应相同的PHT中的表项，从而对表项中的饱和计数器产生影响，降低分支预测准确度；所以为了避免相互干扰，引入所述分支指令的分支历史信息，与k比特的虚拟地址结合之后对应PHT中的表项。

优选的，当确定与所述PHT表项的对应关系，即确定PHT的索引值时，可以首先确定分支历史信息的位宽k，然后将所述分支指令的虚拟地址经过哈希处理得到k比特数据，最后通过按位异或、拼接方式得到最终的k比特PHT索引值。