流水线控制相关延迟消除方法技术

本发明专利技术公开了一种流水线控制相关延迟消除方法，其目的是在满足硬件实现简单、功耗低的前提下，高效消除流水线控制相关延迟，提高微处理器性能。技术方案是：由编译器确定分支指令所有可能的转移目标地址并插入预取指令；由两个取指令部件提前读入当前分支指令的所有后继指令，并由选择器根据对当前分支指令的译码结果选择一个取指令部件提供的指令进行译码和执行。预取指令有ｆｅｔｃｈ ａｄｄｒ１，ａｄｄｒ２、ｆｅｔｃｈ ａｄｄｒ、ｆｅｔｃｈ ｓｔａｃｋ三条，它们对应不同的分支指令，由取指令部件执行。指令预取以基本块为单位。本发明专利技术硬件实现复杂度低、功耗低，控制相关延迟消除率高，无效预取指令数少。采用本发明专利技术设计的微处理器有极高性能价格比。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微处理器设计中流水线控制相关延迟的消除方法，尤其是要求功耗低、硬件实现简单的嵌入式微处理器设计中流水线控制相关延迟的消除方法。
技术介绍
目前，微处理器设计中消除流水线控制相关延迟的方法大致可以分为两类，即分支预测和延迟分支方法。分支预测方法主要利用程序运行时的局部性原理，根据分支指令执行结果的统计信息预测下次分支转移是否成功。分支预测的效果不仅取决于其准确性，而且与分支预测时的开销密切相关。流水线控制相关延迟取决于流水线的结构、预测的方法和预测错误后恢复所采取的策略。这种方法的不足之处在于，预测需要大量的硬件支持，例如预测表和预测错误后的恢复部件等，实现开销大、功耗高。延迟分支方法的主要思想是在控制相关暂停周期内执行与分支指令无关的指令，从而掩盖该暂停周期。这种方法的不足之处在于，无法填充所有的分支延迟槽，同时无法保证被调度的指令总是必须要执行的，如果不是必须的，那么性能得不到真正提高。嵌入式微处理器主要应用于家电、手机、微控制器等领域，要求功耗低，以上方法要么无法满足其功耗低、复杂度低的要求，要么控制相关延迟消除率低，无法充分提高其性能。即使在通用微处理器设计中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流水线控制相关延迟消除方法，其总体逻辑结构包括编译模块、取指令模块、指令译码和执行模块，其特征在于由编译模块中的编译器负责确定分支指令所有可能的转移地址并根据分支指令的类型插入预取指令；取指令模块除了负责为指令译码和执行模块提供指令，还要进行指令预取，其功能通过两个取指令部件ＩＦ０和ＩＦ１完成；指令译码和执行模块中有一个选择器，负责根据当前分支指令的译码结果选择一个取指令部件提供的指令交指令译码部件和指令执行部件进行译码和执行；其执行过程是：１）由编译模块中编译器确定 分支指令所有可能的转移目标地址并插入预取指令；２）当程序开始运行时，取指令模块中一个取指令部件读入第一个基本块，另一...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴葵，王志英，沈立，王蓉晖，王蕾，张春元，王明仕，王进，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]