一种降低微处理器软错误易感性的方法技术

本发明专利技术公开了一种降低微处理器软错误易感性的方法，具体涉及一种基于指令与功能单元配置匹配度降低微处理器软错误易感性的方法，属于微处理器部件的软错误缓解研究领域。本发明专利技术方法通过比较相应类型的指令数量与功能数量之间的差值，当相应类型的指令数量小于功能数量时，直接发射指令；当相应类型的指令数量与功能数量之间的差值大于所定阈值，则暂时不再向发射队列中分派指令；如果匹配的差异低于所设阈值，此时指令可以正常地被分派到发射部件中，通过该方式来减少指令在发射队列中等待的时间，使得发射队列对软错误的敏感性降低。

A Method to Reduce the Sensitivity of Soft Errors in Microprocessors

【技术实现步骤摘要】
一种降低微处理器软错误易感性的方法
本专利技术涉及一种降低微处理器软错误易感性的方法，具体涉及一种基于指令与功能单元配置匹配度降低微处理器软错误易感性的方法，属于微处理器部件的软错误缓解研究领域。
技术介绍
软错误是指由于粒子辐射等原因造成的电路存储信息发生随机错误的现象。在集成电路制造水平不断发展的当下，芯片的集成度越来越高，工作频率越来越快，工作电压和晶体管的阈值电压不断降低，晶体管尺寸也在逐年减小，所以芯片电路内部节点临界电荷量也在持续的减少。会导致电路软错误率不断上升。程序执行在一定程度上对软错误会有掩盖现象，故采用软错误易感性表征处理器结构的故障概率。软错误易感性是反映部件可靠性的软错误易感性分析中最常使用的指标之一，且软错误易感性越大，该部件越容易受到软错误的影响。指令从发射队列中流出会受到指令流中的指令类型的比例与对应可用的功能单元数量的影响。若功能单元的数量不足，指令便无法从发射队列中发射，将使得发射队列中的队列占用增加，严重时会导致发射队列堵塞。造成发射队列的队列占用增大的原因主要来自两个方面：一方面是功能单元的数量不足，若某类型指令相关操作数都已就绪，但没有空闲的对应功能单元对其进行处理，将使得该指令无法发射；另一方面是某些延迟较长的指令执行时需要很长的周期，使得与其相关的指令只能在发射队列中等待，导致延迟发射。空闲的功能单元数量不足使得发射队列的队列占用增大的问题，可以通过增加功能单元的数量来解决。然而，增加功能单元数量的方法会使部件的面积增大，能量的损耗也会增大。
技术实现思路
为了解决现有存在的问题，本专利技术提供了一种基于指令与功能单元配置匹配度降低微处理器软错误易感性的方法，本专利技术方法在微处理器流水线的发射执行阶段进行作用，通过对指令混合比与功能单元的配置进行调整来降低发射队列的软错误易感性。本专利技术方法能够减少指令在发射队列中等待的时间，从而减缓延迟发射可能带来的软错误易感性。具体的，本专利技术的技术方案为：一种基于指令与功能单元配置匹配度降低微处理器软错误易感性的方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：对定时器设置初值，采用计数器对微处理器发射队列中等待发射指令的类型进行统计；步骤二：对发射队列中已就绪的某类型指令的数量与可提供的符合该类型的功能单元的数量进行比较：如果该类型指令的数量小于或等于可提供的符合该类型的功能单元的数量，则无需进行调节匹配，直接发射该类型指令，并将定时器清零；如果该类型指令的数量大于可提供的符合该类型的功能单元的数量，此时，在指令解码对应的代码段新增一个匹配位，并判断该类型指令的数量与可提供的符合该类型的功能单元的数量的比值是否大于阈值，如果大于或等于阈值，则将该匹配位设为1，在此情况下，当微处理器向发射队列中分派指令时，会发现该匹配位为1，则暂时停止向发射队列中分派该类型指令；反之，如果小于或等于阈值，将该匹配位设为0，此时该类型指令可以正常地被分派到发射队列中，将定时器清零；其中，当匹配位为1时，取指和译码过程仍然继续执行，直至该类型指令的数量与可提供的符合该类型的功能单元的数量的比值小于或等于阈值，匹配位变为0，能够正常将该类型指令分派到发射队列中，并定时器清零；步骤三：从步骤一循环，直至指令全部被发射；其中，1≤阈值<4。在本专利技术的一种实施方式中，步骤一中通过新增一个比较器识别指令操作码的标识位来获得等待发射指令的类型，同时计数器开始计数。在本专利技术的一种实施方式中，定时器是用于记录当MIF(MemoryInitializationFile，即内存初始化文件)的匹配度大于阈值且还未调节成功时的延迟指令分配的时间，即若某类型的指令与相应功能单元的数量之间不匹配(二者的比值大于阈值)，则停止向发射队列中分派指令，停止的时间长度就是定时器的初值；若调节成功或者MIF匹配度小于或等于阈值，则将定时器清零，可继续对指令进行分派。在本专利技术的一种实施方式中，所述阈值的具体大小与所执行的应用程序以及微处理器功能单元的配置有关，可以按照需求可以自行设置，例如：当需要最大化降低发射队列的软错误易感性时，可以设置其阈值为较小数值，例如阈值＝1，此时，可以通过明确可用功能单元的数量的方式，使得分派到发射队列的某类型指令数与对应得可用功能单元数量相等，以满足上述需求。当只需要发射队列的软错误易感性满足某一指标时，可以设置其阈值为较大数值，例如2<阈值<4，此时，可以通过控制此阈值，从而控制分派到发射队列得某类型指令的数量，使得其软错误易感性有一定的降低。在本专利技术的一种实施方式中，当发射队列中某类型的指令是对应可提供的功能单元数量的4倍时，通过实验可以确定，采用本专利技术方法不会对发射队列的软错误易感性有任何缓解作用，因此，本专利技术的阈值最大值要小于4，才能实现本专利技术的目的。在本专利技术的一种实施方式中，所述微处理器不限，例如Alpha微处理器、ARM微处理器等。在本专利技术的一种实施方式中，功能单元的平均延迟决定了定时器的初始值，所述功能单元的平均延迟为微处理器中不同类型功能单元执行延迟的平均值。例如，若某个微处理器有两种类型的功能单元，一种是整数加法运算，其执行延迟为1个时钟周期；另一种为整数乘法运算，其执行延迟为5个时钟周期，则定时器的初始值将设定为3个时钟周期。在本专利技术的一种实施方式中，所述指令的类型为对应的微处理器中的指令类型中的一种或几种，例如整数或浮点数的加、减、乘或除法运算等。在本专利技术的一种实施方式中，所述功能单元的类型为对应的微处理器中的功能单元类型中的一种或几种，例如整数或浮点数的加、减、乘或除法运算等对应的功能单元。本专利技术还提供了上述方法在计算机领域的应用。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术基于不同的指令类型与其对应的可提供的功能单元配置匹配度情况，对分派至发射队列的指令进行控制。在比较过程中，如果发现相应类型的指令数量与其对应的可提供的功能数量之间的比例大于所定阈值，则暂时不再向发射队列中分派指令；如果小于或等于所设阈值，此时指令可以正常地被分派到发射部件中，通过此种方式来减少指令在发射队列中等待的时间，使得发射队列对软错误的敏感性能够降低10％左右。本专利技术方法无需进行复杂的计算既能够降低微处理器的软错误易感性，通过本专利技术方法能够使得指令有序地进行发射，简单易实现。附图说明图1为本专利技术方法的流程图。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行了详细说明。实施例1根据图1所示，本专利技术提供一种基于指令与功能单元配置匹配度降低微处理器软错误易感性的方法，所述方法在微处理器流水线的发射执行阶段，通过对指令与对应的功能单元的配置进行匹配，减少指令在发射队列中等待的时间，使得发射队列对软错误的敏感性降低。所述方法包括以下步骤：步骤一：对定时器设置初值，通过新增一个比较器识别指令操作码的标识位计数器来获得等待发射指令的类型，同时利用计时器对微处理器发射队列中等待发射指令的类型进行统计；步骤二：对发射队列中已就绪的某类型指令的数量与可提供的符合该类型的功能单元的数量进行比较：如果该类型指令的数量小于或等于可提供的符合该类型的功能单元的数量，则无需进行调节匹配，直接发射该类型指令，并将定时器清零；如果该类型指令的数量大于可提供的符合该类型的功能单元的数量，此时，在指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低微处理器软错误易感性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：对定时器设置初值，采用计数器对微处理器发射队列中等待发射指令的类型和数量进行统计；步骤二：对发射队列中已就绪的某类型指令的数量与可提供的符合该类型的功能单元的数量进行比较：如果该类型指令的数量小于或等于可提供的符合该类型的功能单元的数量，则无需进行调节匹配，直接发射该类型指令，并将定时器清零；如果该类型指令的数量大于可提供的符合该类型的功能单元的数量，此时，在指令解码对应的代码段新增一个匹配位，并判断该类型指令的数量与可提供的符合该类型的功能单元的数量的比值是否大于阈值，如果大于阈值，则将该匹配位设为1，在此情况下，当微处理器向发射队列中分派指令时，会发现该匹配位为1，则暂时停止向发射队列中分派该类型指令；反之，如果小于或等于阈值，将该匹配位设为0，此时该类型指令可以正常地被分派到发射队列中，将定时器清零；其中，当匹配位为1时，取指和译码过程仍然继续执行，直至该类型指令的数量与可提供的符合该类型的功能单元的数量的比值小于或等于阈值，匹配位变为0，能够正常将该类型指令分派到发射队列中，并定时器清零；步骤三：从步骤一循环，直至指令全部被发射；其中，1≤阈值<4。...

【技术特征摘要】
1.一种降低微处理器软错误易感性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：对定时器设置初值，采用计数器对微处理器发射队列中等待发射指令的类型和数量进行统计；步骤二：对发射队列中已就绪的某类型指令的数量与可提供的符合该类型的功能单元的数量进行比较：如果该类型指令的数量小于或等于可提供的符合该类型的功能单元的数量，则无需进行调节匹配，直接发射该类型指令，并将定时器清零；如果该类型指令的数量大于可提供的符合该类型的功能单元的数量，此时，在指令解码对应的代码段新增一个匹配位，并判断该类型指令的数量与可提供的符合该类型的功能单元的数量的比值是否大于阈值，如果大于阈值，则将该匹配位设为1，在此情况下，当微处理器向发射队列中分派指令时，会发现该匹配位为1，则暂时停止向发射队列中分派该类型指令；反之，如果小于或等于阈值，将该匹配位设为0，此时该类型指令可以正常地被分派到发射队列中，将定时器清零；其中，当匹配位为1时，取指和译码过程仍然继续执行，直至该类型指令的数量与可提供的符合该类型的功能单元的数量的比值小于或等于阈值，匹配位变为0，能够正常将该类型指令分派到发射队列中，并定时器清零；步骤三：从步骤一循环，直至指令全部被发射；其中，1≤阈值<4。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾晓峰，高苗，虞致国，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32