一种处理器核低功耗模式的实现方法技术

本发明专利技术公开了一种处理器核低功耗模式的实现方法，包括以下步骤：S1，处理器核接受切换功耗模式的信号；S2，处理器清空处理器核中流水线的所有指令；S3，通过配置处理器核中的寄存器，选择切换的低功耗状态；S4，恢复处理器的默认状态下工作。本发明专利技术提出的新型低功耗模式通过关闭部分物理寄存器和重命名映射表以降低流水线中可以同时存在的最大指令数，并可以通过关闭部分发射队列的方式进一步降低功耗，使处理器性能在不大幅度下降的同时降低处理器功耗。器功耗。器功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种处理器核低功耗模式的实现方法


[0001]本专利技术属于计算机数据处理
，涉及一种处理器核低功耗模式的实现方法。

技术介绍

[0002]对于嵌入式处理器，功耗是一个关键的性能指标，目前的市场上大多数嵌入式处理器都需要支持多种功耗模式以面对不同的应用场景，实现对于不同场景的不同功率、性能限制，从而尽可能的达到更长的续航时间。
[0003]目前处理器核的低功耗模式有1：主要通过配置时钟降低处理器核的主时钟频率，从而降低单位时间内处理器核内部的寄存器翻转频率，减少处理器核的动态功耗。2：通过关闭部分逻辑块降低处理器的静态功耗。
[0004]现有技术至少存在以下缺点：由于传统的处理器低功耗模式1，通过直接降低处理器核的主频率，处理器核在单位时间内处理的指令也会随之下降，单位时间内能够处理的指令数量的下降率与处理器主频率的下降率成正比，能够降低大量功耗但是对处理器的性能影响严重。对于低功耗模式2，关闭逻辑块并不能适用于处理器核内部的所有模块，大多数的做法是关闭处理器核内部的大规模并行乘法器替换为功耗较低的多周期乘法器。对处理器核内部其他组件并无作用所以降低的功耗有限。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术的技术方案为处理器核低功耗模式的实现方法，包括以下步骤：
[0006]S1，处理器核接受切换功耗模式的信号；
[0007]S2，处理器清空处理器核中流水线的所有指令；
[0008]S3，通过配置处理器核中的寄存器，选择切换的低功耗状态；
[0009]S4，恢复处理器的默认状态下工作。
[0010]优选地，所述S1中接受的进入低功耗模式信号包括：通过自定义指令作为切换功耗模式的信号和通过外部中断作为切换功耗模式的信号。
[0011]优选地，所述S2具体包括以下步骤：
[0012]S21，处理器在收到切换功耗模式的信号后，停止取指令，确保指令不再继续进入流水线中；
[0013]S22，处理器继续处理已经进入流水线中的指令；
[0014]S23，接收重排序缓冲为空的信号。
[0015]优选地，所述S22中通过自定义指令进行功耗切换，需等待此条指令成为重排序缓冲中最早进入的指令，并清空重排序缓冲中所有比此指令新的指令，完成后发出重排序缓冲为空的信号。
[0016]优选地，所述S22中通过中断切换功耗，则不需要进一步处理，等待流水线中所有
指令处理完毕，重排序缓冲为空即可。
[0017]优选地，所述S3具体包括以下步骤：
[0018]S31，改变重命名模块逻辑，限制最大重命名数；
[0019]S32，关闭部分发射队列和对应的处理模块。
[0020]优选地，所述S31具体为根据要切换的模式，通过修改处理器核内寄存器改变重命名模块允许重命名的最大指令数，同时改变重排序缓冲中物理寄存器的大小，根据要切换的具体模式，关闭部分物理寄存器，修改重命名模块中对于重排序缓冲模块判断空满的判断逻辑。
[0021]优选地，所述S31具体包括以下步骤：
[0022]S311，指令译码后进入重命名模块；
[0023]S312，重命名模块查询重命名模块中已经被使用的目标寄存器数量；
[0024]如处理器处于预设范围内功耗模式，则进行S313，判断已使用的目标寄存器数量是否小于N；是，则进行S315；否，则进行S316；
[0025]如处理器处于低功耗模式，则进行S314，判断已使用的目标寄存器数量是否小于M；是，则进行S315；否，则进行S316；
[0026]S315，将重命名后的指令发送到发射队列；
[0027]S316，停止重命名之前所有模块；
[0028]其中，N为处理器核的物理寄存器个数，M为低功耗模式下关闭部分物理寄存器后剩余的物理寄存器个数，M大于1小于N。
[0029]优选地，所述S32具体为根据具体要切换的模式，关闭部分重复的发射队列和对应的处理模块，并将关闭的发射队列的队列间数据前递关闭。
[0030]优选地，所述S4中如在步骤S1中通过接受中断信号作为切换功耗模式信号，则需要拉低中断表示切换结束。
[0031]本专利技术为一种新型的处理器核低功率模式的设计方式。目前市场上大部分处理器核都支持低功耗模式，目前的低功耗实现方式通常有两种方法，一种方式通过降低处理器核的频率来降低动态功耗，另一种方式是通过停止部分逻辑电路降低静态功耗。本专利技术提出了一种新型的低功耗模式，对于超标量处理器核，针对超标量处理器核的微架构特点提出了一种新型的低功耗模式实现方式。通过自定义指令集或外部中断控制处理器核关闭部分物理寄存器，降低重命名指令的数量，关闭部分发射队列和流水线从而减少处理器核中的指令。达到在不降低处理器核频率的同时降低处理器核的功耗，从而在尽量少降低性能的同时降低处理器的功耗。
[0032]还至少包括以下优点：
[0033]1)与传统降频方式相比处理器核的性能下降不明显
[0034]2)可以通过配置多种模式使重命名的最大数量限制在不同数量，灵活控制功耗和性能
[0035]3)实现方式灵活，不会对于处理器设计造成过大负担，可以以状态机形式实现。
[0036]4)触发方式多样。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例的处理器核低功耗模式的实现方法的步骤流程图；
[0038]图2为本专利技术实施例的处理器核低功耗模式的实现方法的S31具体步骤流程图。
具体实施方式
[0039]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0040]相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。
[0041]超标量处理器通常拥有多于标准指令集规定的逻辑寄存器数量数倍的物理寄存器，在处理指令时通过与寄存器重命名，重排序缓存等模块共同配合打破指令之间的顺序，在顺序进入处理器的指令中在不影响指令结果的情况下寻找最大的并行度以提升处理器的处理效率。
[0042]超标量处理器的大致处理流程包括通过取指模块，指令进入处理器后通过解码，重命名，发射，处理，重排序并提交。指令在解码阶段得知指令得两个源操作数或源寄存器和目的寄存器。在重名命阶段，通过重排序缓冲模块提供的空闲物理寄存器名称，选择一个空闲的物理寄存器作为指令的新目的寄存器，并查找重命名映射表寻找源寄存器在重命名后的名称以保证源寄存器的值正确，最后将重命名后的指令源寄存器名称和目的寄存器名称记录并发送给发射模块。
[0043]在发射模块中，每一条指令在源操作数准备就绪时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种处理器核低功耗模式的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，处理器核接受切换功耗模式的信号；S2，处理器清空处理器核中流水线的所有指令；S3，通过配置处理器核中的寄存器，选择切换的低功耗状态；S4，恢复处理器的默认状态下工作。2.根据权利要求1所述的处理器核低功耗模式的实现方法，其特征在于，所述S1中接受的进入低功耗模式信号包括：通过自定义指令作为切换功耗模式的信号和通过外部中断作为切换功耗模式的信号。3.根据权利要求1所述的处理器核低功耗模式的实现方法，其特征在于，所述S2具体包括以下步骤：S21，处理器在收到切换功耗模式的信号后，停止取指令，确保指令不再继续进入流水线中；S22，处理器继续处理已经进入流水线中的指令；S23，接收重排序缓冲为空的信号。4.根据权利要求3所述的处理器核低功耗模式的实现方法，其特征在于，所述S22中通过自定义指令进行功耗切换，需等待此条指令成为重排序缓冲中最早进入的指令，并清空重排序缓冲中所有比此指令新的指令，完成后发出重排序缓冲为空的信号。5.根据权利要求3所述的处理器核低功耗模式的实现方法，其特征在于，所述S22中通过中断切换功耗，则不需要进一步处理，等待流水线中所有指令处理完毕，重排序缓冲为空即可。6.根据权利要求1所述的处理器核低功耗模式的实现方法，其特征在于，所述S3具体包括以下步骤：S31，改变重命名模块逻辑，限制最大重命名数；S32，关闭部分发射队列和对应的处理模块。7.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆建军，赵博涵，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：