具有自动备份和还原寄存器内数据的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种具有自动备份和还原寄存器内数据的系统，其包括：一普通寄存器堆、一备份寄存器堆、至少一个备份模式信号和至少一个输入选择控制器。该普通寄存器堆具有复数个普通寄存器。该备份寄存器堆具有复数个备份寄存器。利用本发明专利技术的系统，当一异常中断事件发生时，依据该异常中断事件，决定一备份模式；再依据该备份模式，自动拷贝至少一个普通寄存器内的内容至相对应的至少一个备份寄存器。当该异常中断事件结束时，依据该备份模式，利用至少一个控制器，从备份寄存器还原相对应的普通寄存器的内容。因此，本发明专利技术的系统，在异常中断事件发生时，除可具有减少存储器与寄存器之间的数据搬移动作的功效外，因为本发明专利技术的系统是以单一模式操作，所以并不需如常规技术般利用选择模式位以决定不同操作模式下可存取的寄存器。因此本发明专利技术的系统不需选择模式位，可减少存取寄存器时间。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，详言之，涉及应用于微处理器结构的。
技术介绍
一般微处理器的结构中对于处理异常中断事件的硬体机制作法，观念上都相当类似。当发生一异常中断事件时，微处理器会进入一处理异常中断事件的操作模式，而在跳到处理该异常中断事件的副程序之前，必须先将一些微处理器的状态存起来，以便异常中断事件处理后返回时，原程序能继续执行。因此，在硬体的实施上，起码必须有一个寄存器用以存储程序计数值(PC，ProgramCounter)，也必须有一些寄存器用以存储该微处理器的状态。若再细分，可能还有一些辅助寄存器，如纪录是发生何种异常中断事件的寄存器等，这些辅助寄存器一般都称为特殊用途寄存器。而处理器在进入异常中断事件处理模式后，不管是何种的异常中断事件，除了处理例外的副程序不同外，对于所能存取的寄存器(一般寄存器或特殊用途寄存器)都是相同的，并没有分别，也就是因为不管在任何例外操作模式，所能存取的寄存器是一样的，因此在进行中断副程序的相关动作之前，我们就必须将这些寄存器的内容存进存储器中，而在中断副程序动作结束和中断返回之前，还必须由存储器中将先前存进去的寄存器值回存至原寄存器，待中断返回，原程序才可继续正常执行。然而这些副程序呼叫或中断处理程序必须多花额外的指令来完成存储器与寄存器之间的数据搬移，为了减少此种存储器与寄存器之间的数据搬移动作，所以发展了一些改进机制。参考美国专利第5,159,680号，其专利名称为“RISC processing unit whichselectively isolates register windows by indicating usage of adjacent registerwindows in status register”，该专利是Sun Microsystems公司为了减少微处理器在程序呼叫所需多花费的额外负担，发展出寄存器视窗(register windows)机制，并应用在SPARC(Scalable Processor Architecture)微处理器上，此项机制使得SPARC处理器能有非常不错性能。寄存器视窗这项机制最大的特点就是每个寄存器视窗与其相邻寄存器视窗的某些寄存器是重叠在一起的(overlapping)，藉由此种机制可以达到内部程序间快速消息传递的目的，并由于每个程序皆有自己的一些寄存器是别的程序所不能存取的，所以在程序切换时就毋须先将自己寄存器的内容值搬到存储器存放，如此也大大减少了程序之间切换所需存储器与寄存器间的数据搬移动作。然而，SPARC处理器的寄存器视窗是以空间换取时间的作法，寄存器视窗个数的增加将会大大增加晶片面积且就寄存器的使用效率而言是非常差的，必须依不同的应用环境作不同的考虑。参考美国专利第5,701,493号，其专利名称为“Exception handling method andapparatus in data processing systems”，该专利是ARM公司的ARM微处理器对于异常中断事件处理机制，不同于美国专利第5,159,680号，其最主要的差别就在ARM处理器可以利用不同操作模式分辨不同的异常中断事件型态，并不是单单只有一种异常中断事件处理模式，且每种操作模式所能控制(存取)的寄存器也不一样。ARM处理器若接受中断，则处理器就会依照不同的中断切换到不同的模式下执行，共有六种不同的模式。参考图1，其显示一寄存器堆10具有六种寄存器11、12、13、14、15和16的配置。其中，寄存器CPSR内的五个位是用以判断六种不同操作模式。另外，请参考美国专利第5,386,563号，其专利名称为“Register substitutionduring exception processing”，该专利也是ARM公司的专利。在不同的模式下，有其专属的库存寄存器(banked registers)，是其他模式下不能存取的，目的就是为了达到快速模式切换即减少存储器与寄存器之间的数据搬移动作，这是该专利设计库存寄存器的最大优点。参考中华民国专利公告第494644号，其专利名称为”选择存取寄存器的方法”，该专利是智原科技公司针对ARM公司的库存寄存器作了些许的改变，将六种模式转变成为两种模式，称为转换模式0和转换模式1，其目的在于减少选取模式的所需位数和时间。然而，上述专利不是需要视窗的切换，就是需要不同模式的切换，以选择最终所要存取的寄存器，因此需要有控制切换的位，且会增加存取寄存器的时间。因此，有必要提供一种创新且具进步性的系统和方法，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有自动备份和还原寄存器内数据的系统，其包括一普通寄存器堆、一备份寄存器堆、一备份模式信号和至少一个输入选择控制器。该普通寄存器堆具有复数个普通寄存器，用以存储数据。该备份寄存器堆具有复数个备份寄存器，用以存储来自该等普通寄存器的数据，该备份寄存器堆区分为复数个备份模式，每一备份模式具有至少一个备份寄存器，依据该等备份模式决定该等备份寄存器与该等普通寄存器的连接关系。该备份模式信号用以依据复数个异常中断事件，决定该备份寄存器堆的备份模式。该输入选择控制器用以将来自备份寄存器的数据还原输入至相对应的普通寄存器。依据该等备份模式决定该输入选择控制器与该等普通寄存器和该等备份寄存器的连接关系。利用本专利技术的系统，当一异常中断事件发生时，依据该异常中断事件，决定一备份模式。再依据该备份模式，自动存储至少一个普通寄存器内的数据至相对应的至少一个备份寄存器。当该异常中断事件结束时，依据该备份模式，经由至少一个输入选择控制器，将该备份寄存器内的数据还原输入至相对应的普通寄存器。因此，本专利技术的系统，在异常中断事件发生时，除可具有减少存储器与寄存器之间的数据搬移动作的功效外，因为本专利技术的系统是单一操作模式，所以并不需如常规技术利用选择模式位以决定不同操作模式下的可存取的寄存器。因此本专利技术的系统不需选择模式位，可减少存取寄存器时间。附图说明图1为常规寄存器堆配置的示意图；图2为本专利技术第一实施例具有自动备份和还原寄存器内数据的系统的结构图；图3为本专利技术第二实施例具有自动备份和还原寄存器内数据的系统的结构图；图4为本专利技术第二实施例的系统处理复数个异常中断事件的示意图；图5A是说明本专利技术的系统其备份存储的时间与异常中断事件的指令检索时间重叠的示意图；图5B是说明本专利技术的系统其备份存储的时间与异常中断事件的指令解码时间重叠的示意图；图5C是说明本专利技术的系统其备份存储的时间与异常中断事件的指令执行时间重叠的示意图；且图6是说明本专利技术的系统其备份存储的时间在异常中断事件指令的时间之前的示意图。具体实施例方式请参阅图2，其显示本专利技术第一实施例具有自动备份和还原寄存器内数据的系统20的整体结构图。本专利技术第一实施例的系统20包括一普通寄存器堆201、一备份寄存器堆202、一备份模式信号203、七输入选择控制器204至210、一多路复用器211、一逻辑运算处理单元212和一外部存储器213。该普通寄存器堆201具有16个普通寄存器(R0至R15)，用以存储数据。在正常程序操作下，该普通寄存器堆用以存储来自该外部存储器213和经该多路复用器211选择的数据，并将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自动备份和还原寄存器内数据的系统，其包括：一普通寄存器堆，具有复数个普通寄存器，用以存储数据；一备份寄存器堆，具有复数个备份寄存器，用以备份存储来自该等普通寄存器的数据，该备份寄存器堆区分为复数个备份模式，每一备份模 式具有至少一个备份寄存器，依据该等备份模式决定该等备份寄存器与该等普通寄存器的连接关系；一备份模式信号，用以依据复数个异常中断事件，决定该备份寄存器堆的备份模式；和至少一个输入选择控制器，用以控制将该等备份寄存器内的数据，还 原输入至相对应的该等普通寄存器，依据该等备份模式决定该输入选择控制器与该等普通寄存器和该等备份寄存器的连接关系。

【技术特征摘要】
1.一种具有自动备份和还原寄存器内数据的系统，其包括一普通寄存器堆，具有复数个普通寄存器，用以存储数据；一备份寄存器堆，具有复数个备份寄存器，用以备份存储来自该等普通寄存器的数据，该备份寄存器堆区分为复数个备份模式，每一备份模式具有至少一个备份寄存器，依据该等备份模式决定该等备份寄存器与该等普通寄存器的连接关系；一备份模式信号，用以依据复数个异常中断事件，决定该备份寄存器堆的备份模式；和至少一个输入选择控制器，用以控制将该等备份寄存器内的数据，还原输入至相对应的该等普通寄存器，依据该等备份模式决定该输入选择控制器与该等普通寄存器和该等备份寄存器的连接关系。2.如权利要求1所述的系统，其中该普通寄存器堆具有16个普通寄存器，该备份寄存器堆具有15个备份寄存器。3.如权利要求1所述的系统，另包括一还原模式信号，用以依据复数个异常中断事件，决定一还原模式，用以控制将该等备份寄存器内的数据，还原输入至相对应的该等普通寄存器。4.如权利要求3所述的系统，其中该普通寄存器堆具有16个普通寄存器，该备份寄存器堆具有22个备份寄存器。5.如权利要求1或3所述的系统，其中该等普通寄存器和该等备份寄存器均为32位寄存器。6.如权利要求1或3所述的系统，其中该输入选择控制器具有至少二输入端口和一输出端口，其中的一输入端口连接至一外部装置，另一输入端口连接至相对应的备份寄存器，该输出端口连接至相对应的普通寄存器。7.如权利要求6所述的系统，其中该外部装置包括一多路复用器、一逻辑运算处理单元和一外部存储器。8.一种自动备份和还原寄存器内数据的方法，包括以下步骤(a)当一异常中断事件发生时，依据该异常中断事件，决定一备份模式；(b)依据该备份模式，自动备份存储至少一个普通寄存器内的数据至相对应的至少一个备份寄存器；以及(c)当该异常中断事件结束时，依据该备份模式，经由至少一个输入选择控制器，将该等备份寄存器内的数据，还原输入至该等相对应的普通寄存器。9.如权利要求8所述的方法，另包括依据该备份模式决定该等备份寄存器与该等普通寄存器连接关系的步骤。10.如权利要求8所述的方法，另包括依据该备份模式决定该等输入选择控制器与该等普通寄存器和该等备份寄存器连接关系的步骤。11.如权利要求8所述的方法，是应用于一微处理器的异常中断事件处理，其中在步骤(b)中，自动备份存储的时间点，是在发生该异常中断事件后所执行的下一个指令的时间点之前。12.如权利要求8所述的方法，是应用于一微处理器的异常中断事件处理，其中在步骤(c)中，自动还原存储的时间点，是在完成该异常中断事件后所执行的下一个指令的时间点之前。13.如权利要求8所述的方法，是应用于一微处理器的异常中断事件处理，其中在步骤(b)中，自动备份存储的时间点，是与发生该...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄英哲，宋裕文，
申请(专利权)人：黄英哲，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]