[发明专利]基于缓冲的流水线无停顿控制机制

摘要

本发明公开了一种基于缓冲的流水线无停顿控制机制，在每个异常检测站设置一个指令缓冲堆栈，用来保存异常维持期间前端流水线所发射的指令的备份，该指令缓冲堆栈采用FIFO存取机制，宽度为其所缓冲的数据位宽，并使用单负载的作废信号与一指令缓冲堆栈来实现流水线的停顿，单负载的作废信号包括作废信号Cancel_1和作废信号Cancel_2。通过取消负载过重的流水线停顿控制信号stall，用一单负载多拍的作废信号负责确保流水结果的正确性。本发明是一种在深度流水线中，能够有效避免信号负载过重同时保证较高流水线加速比的基于缓冲的流水线无停顿控制机制。

主权项

1、一种基于缓冲的流水线无停顿控制机制，其特征在于在每个异常检测站设置一个指令缓冲堆栈，用来保存异常维持期间前端流水线所发射的指令的备份，该指令缓冲堆栈采用FIFO存取机制，宽度为其所缓冲的数据位宽，并使用单负载的作废信号与一指令缓冲堆栈来实现流水线的停顿，单负载的作废信号包括作废信号Cancel_1和作废信号Cancel_2：(1)、当REG站的相关性检测逻辑检测到异常时，不生成stall停顿信号，运算类指令流水线与控制类指令流水线流水线都继续流水；此时处于EXE1至WB站之间的指令能得到正确的运算结果；而相关性发生时处于Fetch_1站至REG站之间以及异常维持期间尚未进入REG站的所以指令不能进入执行站，否则由于相关性原因会导致错误的计算结果；将这些指令的备份缓存在一个先进先出的指令缓冲堆栈中，待相关性解除后，再将这些指令备份从指令缓冲堆栈中取出送至各运算单元，从而继续流水线中的执行站；然而，由于FIFO有一定的深度限制，如果相关性是由load等长延迟指令引起的，则相关性原因解除之前FIFO极有可能满载溢出，因而生成一无效信号Inva1，使前端里水线不继续取指，因此在EXEn站设置的作废信号Cancel_1对流水的最终结果进行取舍以决定运算结果是否提交，保证流水功能的正确性；(2)、当EXEn站的检测逻辑检测出浮点溢出等异常时，将指令地址给Fetch_1重新取指，同时将异常有效信号缓冲L(L＝n+4)拍得到作废信号Cancel_2，该作废信号作用在EXEn站后的站间寄存器，将此时流水线中的所有指令的计算结果都作废不进行提交；当异常产生时处于Fetch_1中的指令被作废后，Cancel_2变回低无效；于是，该机制消除了大负载的清空信号，由单独一条作废信号线clear_2来确保流水线的正确重启。