数据处理器的循环控制电路制造技术

一种数据处理器，用于执行存储在指令存储器中的指令，所述指令由程序计数器指定，所述处理器包括：　　　　－操作执行单元，用于执行由所述程序计数器指示的指令；和　　　　－循环控制电路，可用于：　　　　－为多个指令循环存储各个相关的循环信息；一个指令循环的循环信息至少包括循环结束标识和用于指示循环应被执行次数的循环计数；　　　　－检测循环之一需要被执行并响应所述检测，为相应的循环加载循环信息，并根据加载的循环信息控制程序计数器执行相应的循环；　　　　－响应于循环初始化指令初始化循环信息，其中所述初始化指令在由循环信息初始化的循环开始之前发送并且与所述循环开始无关。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种数据处理器的循环控制电路、一种具有循环控制电路的数据处理器，和一种在数据处理器中执行循环的方法。
技术介绍
处理器的性能日益增强。这使得传统上使用硬件实现的功能通过适当程序控制下的处理器就能得以执行。还能够以提高的质量对新的功能或现有功能进行基于软件的信号处理。新功能性的一个例子是第三代无线通信，例如基于UMTS/FDD、TDD、IS2000和TD-SCDMA标准。这些系统工作在非常高的频率。用于3G移动通信标准例如UMTS的调制解调器(收发器)需要约比GSM高100倍的数字信号处理能力。期望使用可编程的架构来实现这种标准的收发器以便能够处理不同的标准和能够灵活的适用于新的标准。使用工作在传统频率下的传统DSP技术可能需要多至30个DSP以提供所需的性能。将清楚看到与传统的单一标准的收发器的基于硬件的方案相比，这样一种方案既非成本高效的，也非能力高效的。处理器的数字信号处理能力可通过使用流水线技术得到提高。US4792892描述了一种流水线式处理器。为了执行循环控制指令，该指令指定对“I”指令序列重复执行N次，所述处理器包括一具有指令计数器的环路电路，所述计数器对循环序列中的指令的执行进行计数并且在每次完成循环时产生一序列结束信号。使用寄存器来响应于每个序列结束信号用所述循环中的第一指令的地址刷新程序计数器。使用一循环计数器对所述循环的完成数量进行计数并发出表示整个程序的循环部分的结尾的信号，并且使程序计数器对程序的剩余部分继续操作。流水线式计算的关键在于，必须与窄结构一致地给出和读取自变量和结果。所披露的流水线式处理器允许循环控制指令在所述循环开始之前对将要执行的循环初始化多个“D”指令。所述循环控制电路并入一个计数器以便在启动执行所述循环序列“N”次之前对“D”指令进行计数。所述已知的系统对包括一个循环的流水线式操作提供了更多的调度自由度。改进处理器性能的另一种方法是使用向量处理器。一个向量包括一个以上的数据元素，例如十六个16位的元素。处理器的功能单元对由一个指令触发的向量的所有个体数据元素同时起作用。传统的向量处理器体系结构对没有高度向量化的应用无效。对于在消费类电子应用中的使用，尤其是用在移动通信中，只有在获得有效的加速的情况下才能证明向量处理器的额外成本是适当的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种处理器、循环控制电路和执行更好支持高性能处理的循环的方法。为了达到本专利技术的目的，本专利技术提供一种数据处理器，用于执行存储在一指令存储器中的指令，所述指令由一程序计数器指定，所述处理器包括操作执行单元，用于执行由所述程序计数器指示的指令；和循环控制电路，可用于为多个指令循环存储各个相关的循环信息；一个指令循环的循环信息至少包括循环结束标识和用于指示循环应执行的次数的循环计数；检测循环之一需要被执行并响应所述检测，为相应的循环加载循环信息，并根据加载的循环信息控制程序计数器执行相应的循环；响应于循环初始化指令初始化循环信息，其中所述初始化指令在由循环信息初始化的循环开始之前发送并且与所述循环开始无关。根据本专利技术，可初始化多个循环，其中循环初始化独立于循环的开始。对每个循环至少存储循环计数和循环结束标识(例如，以循环序列中最后指令的地址的形式或以序列中若干指令的形式，从而能够指定相对于序列开始地址的序列结束)。在US4792892的现有系统中，自从循环初始化指令开始已经执行了“D”指令之后，循环被自动开始。使用到一个以上循环时，这样一种方案即使可行也是特别困难，因为可能还不知道在多少个指令之后才需要启动第二循环。还应该注意零开销循环实现过程可从允许指定多个循环的飞利浦电子公司的R.E.A.L.DSP获知。这种DSP允许通过使用循环初始化指令指定循环结束地址来预先初始化循环。循环初始化(即，开始)与循环初始化的剩余部分相结合，其中循环计数器被指定。假设循环计数器自动初始化相应的循环。这意味着循环的开始总是需要一个插入到指令流中的专用循环初始化/初始指令。在从属权利要求2所规定的优选实施例中，所述循环控制电路可用于以嵌套的形式执行多个指令循环，其中在开始执行紧邻的周围循环之前对内循环进行初始化。这大大降低了初始化执行循环中所涉及的系统开销。优选的，所有循环初始化都是在最外循环外面执行的。在该情况下，没有指令周期专用于在嵌套循环内进行循环初始化。本专利技术者已经意识到特别是数字信号处理涉及短循环的频繁执行。2或3等级深度的循环嵌套经常出现。例如，为了处理图像，最外循环可涉及处理图像帧或字段，其中下一个等级的循环涉及处理帧/字段中的像素块，且第三等级可涉及处理所述块内的像素。传统的，循环初始化处于循环开始之前的相同嵌套等级上。在具有三个嵌套等级的程序中，其中每个循环执行10次(因此最内循环被执行1000次)，最外循环被初始化一次，第二循环被初始化10次，而内部循环被初始化100次。在根据本专利技术的系统中，在开始执行第一循环之前，可在最高等级上对所有循环进行初始化。这意味着只需要三次循环初始化，而不是已知系统中的111次。这也使所述循环电路高度适用于向量处理器。尽管能够对循环内的指令进行向量化，但循环的初始化难于向量化。使用根据本专利技术的方案，典型程序中的非向量化指令的数量可被减少。就其自身而言，可使用各种方式来确定/指示循环的开始。如从属权利要求3所述，操作执行单元的每个指令包括一循环开始字段，其能够指出所述指令是形成将由操作执行单元执行的指令循环的指令序列的第一指令。例如，可对规则指令(典型的能在一个指令循环中出现的那些指令)添加一位来指示该指令是否为循环的开始。以这种方式，不需要提供循环的开始位置和/或时间的标识。应该意识到这是以在所述指令中使用至少一个附加位为代价的。指令尺寸的这种增加可通过使用指令压缩来减小。如权利要求4所述的措施，响应于检测到所述循环开始字段指出一个指令循环的开始，所述循环控制电路可在与所述循环相关的循环信息中存储循环的开始地址标识。例如，循环控制电路可从程序计数器检索当前指令的地址并将它存储在寄存器中。每次接收到循环的结束(如通过为循环存储的结束信息所指出的)，都能够从寄存器检索开始地址。如果希望，也可以以相对于循环结束的偏移(如循环信息中所指出的)的形式例如通过指出循环中的指令数量来存储开始地址。根据从属权利要求5所述的措施，根据连续的循环嵌套等级来存储循环信息，其中对于各个嵌套等级上的循环信息，每个时刻至多只能指定一个循环；所述循环控制电路可用于存储正被执行的指令的当前嵌套等级；和响应于通过检测循环开始字段检测循环的开始来更新嵌套等级；以及通过将程序计数器与为所述循环存储的循环结束标识进行比较来检测循环的结束。仅使用一位循环开始标识符就能够启动嵌套的循环，其中在每个嵌套等级处至多只能有一个循环。那么开始字段中的标识就含蓄的指出将启动哪个循环(即下一个较深等级上的循环)。类似的，退出循环意味着控制返回至下一较高的等级(在最高的等级上，没有循环在执行，但通常随后的处理(可以是流水线式的和/或向量化式的)将发生)。假定更深的循环由更高的数表示，则进入循环将导致嵌套等级(或类似的，循环数量)的增加，而退出循环导致嵌套等级的递减。为了克服在每个嵌套等级上只能初始化一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种数据处理器，用于执行存储在指令存储器中的指令，所述指令由程序计数器指定，所述处理器包括-操作执行单元，用于执行由所述程序计数器指示的指令；和-循环控制电路，可用于-为多个指令循环存储各个相关的循环信息；一个指令循环的循环信息至少包括循环结束标识和用于指示循环应被执行次数的循环计数；-检测循环之一需要被执行并响应所述检测，为相应的循环加载循环信息，并根据加载的循环信息控制程序计数器执行相应的循环；-响应于循环初始化指令初始化循环信息，其中所述初始化指令在由循环信息初始化的循环开始之前发送并且与所述循环开始无关。2.根据权利要求1所述的数据处理器，其中所述循环控制电路可用于以嵌套的形式执行多个指令循环，其中在开始执行紧邻的周围循环之前对内循环进行初始化。3.根据前述任何一个权利要求所述的数据处理器，其中用于操作执行单元的每个指令包括一循环开始字段，其能够指出所述指令是形成将由操作执行单元执行的指令循环的指令序列的第一指令。4.根据权利要求3所述的数据处理器，其中所述循环控制电路可响应于检测到所述循环开始字段指出一个指令循环的开始，而在与所述循环相关的循环信息中存储该循环的开始地址标识。5.根据权利要求2和3所述的数据处理器，其中根据连续的循环嵌套等级来存储循环信息，其中对于各个嵌套等级上的循环信息，每个时刻至多只能指定一个循环；所述循环控制电路可用于存...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·P·E·穆维斯森，N·恩吉，C·H·范伯克，M·J·G·贝库伊，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：