專利名稱：指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法和系統(tǒng)，特別涉及一種基于棧模式的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在微處理器的運行過程中，跳轉(zhuǎn)指令的出現(xiàn)十分頻繁，因此對跳轉(zhuǎn)指令的處理方式顯著的影響著以流水線方式工作的微處理器的性能。跳轉(zhuǎn)指令的一般功能是:如果滿足某一條件，則跳轉(zhuǎn)到某一目的地，而該條件通常是由該跳轉(zhuǎn)指令之前的用于生成跳轉(zhuǎn)發(fā)生的條件的條件生成指令(例如比較指令CMP)產(chǎn)生的。由于流水線的工作方式是:在流水線的起點讀取指令，在流水線的終點產(chǎn)生指令的結(jié)果，因此，如果按照指令的自然順序依次執(zhí)行指令，就會出現(xiàn)這樣的問題:當條件生成指令在流水線的最后一級Sn產(chǎn)生結(jié)果時，跳轉(zhuǎn)指令處于倒數(shù)第二級Sn_1;跳轉(zhuǎn)指令之后的按自然順序排列的各條指令也已經(jīng)被讀出并依次處于流水線的S1-Slrf級，此時，如果跳轉(zhuǎn)指令根據(jù)條件生成指令的結(jié)果判斷出跳轉(zhuǎn)條件已經(jīng)滿足，需要發(fā)生跳轉(zhuǎn)，也就是說不再按照自然順序執(zhí)行指令，而是要執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)目的地的指令，這樣一來，之前讀出的各條指令就必須取消執(zhí)行，造成了流水線資源的浪費。目前，解決這一問題的方法主要包括延遲槽技術(shù)和跳轉(zhuǎn)預(yù)測技術(shù)。延遲槽技術(shù)的原理是，將跳轉(zhuǎn)指令提前，將跳轉(zhuǎn)指令之前與跳轉(zhuǎn)無關(guān)的一定數(shù)量(即延遲槽長度，一般為2或3的固定長度)的指令放在跳轉(zhuǎn)指令之后，這樣，無論跳轉(zhuǎn)指令判斷的結(jié)果如何，被轉(zhuǎn)移到跳轉(zhuǎn)指令之后的與跳轉(zhuǎn)無關(guān)的指令都可以順序執(zhí)行。延遲槽技術(shù)的主要問題是，使得指令排序不自然，并且，這種定長延遲槽十分死板，當跳轉(zhuǎn)指令附近缺少合適的可調(diào)換的指令時，只能通過填入空操作NOP來滿足延遲槽長度，事實上，大多數(shù)時候只能通過NOP來構(gòu)成延遲槽，這同樣造成流水線資源的浪費。跳轉(zhuǎn)預(yù)測技術(shù)的原理是，根據(jù)很多歷史記錄猜測跳轉(zhuǎn)指令后應(yīng)該執(zhí)行哪一條指令，并按照猜測的結(jié)果讀取指令，如果猜測錯誤，則將已經(jīng)讀取的錯誤指令全部取消。這種跳轉(zhuǎn)預(yù)測技術(shù)的問題是，其邏輯十分復(fù)雜，硬件成本顯著，且某些已經(jīng)讀出甚至已經(jīng)執(zhí)行的指令是很難干凈的取消的，只能被迫推遲執(zhí)行，因此大大影響了微處理器的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法和系統(tǒng)，其克服了現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，不受定長延遲槽的限制，也無需引入取消執(zhí)行，提高了編譯靈活性和流水線效率，降低了設(shè)計復(fù)雜度。根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)基于棧模式，特別有利于循環(huán)嵌套語句的優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法，該方法包括:步驟Sll:當根據(jù)當前指令判斷出后續(xù)指令中包含跳轉(zhuǎn)指令時，根據(jù)當前指令的結(jié)果，判斷所述跳轉(zhuǎn)指令是否執(zhí)行跳轉(zhuǎn)；步驟S12:若判斷結(jié)果為執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則確定跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，并將所述跳轉(zhuǎn)位置和所述跳轉(zhuǎn)目的地壓入棧，若判斷結(jié)果為不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則按原有順序執(zhí)行之后的指令；步驟S13:當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址一致時，則彈出所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，以彈出的所述跳轉(zhuǎn)目的地作為下一條指令的地址，當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址不一致時，則以待執(zhí)行的指令地址作為下一條指令的地址；步驟S14，根據(jù)所述下一條指令的地址讀取指令并執(zhí)行。優(yōu)選地，步驟S12通過預(yù)跳轉(zhuǎn)指令來實現(xiàn)，該預(yù)跳轉(zhuǎn)指令基于條件生成指令的結(jié)果進行操作，若條件生成指令的結(jié)果指示為執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則確定跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，并將所述跳轉(zhuǎn)位置和所述跳轉(zhuǎn)目的地壓入棧，若判斷結(jié)果為不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則順序執(zhí)行之后的指令。優(yōu)選地，所述與跳轉(zhuǎn)指令包括條件字段、跳轉(zhuǎn)位置字段和跳轉(zhuǎn)目的地字段。優(yōu)選地，待執(zhí)行的指令的地址由程序計數(shù)器指示。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:用于存儲預(yù)跳轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的棧；預(yù)跳轉(zhuǎn)模塊，其輸入端連接指令處理模塊的輸出，其輸入端連接所述棧的輸入，當指令處理模塊的輸出結(jié)果指示后面的跳轉(zhuǎn)指令將執(zhí)行跳轉(zhuǎn)時，將所述跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地作為跳轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)壓入所述棧；指令地址比較模塊，其比較所述棧的頂部的跳轉(zhuǎn)位置和待執(zhí)行的指令地址，當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址一致時，則彈出所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地作為指令地址比較模塊的輸出，當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址不一致時，則以所述待執(zhí)行的指令地址作為指令地址比較模塊的輸出；指令讀取模塊，根據(jù)指令地址比較模塊的輸出讀取指令；指令處理模塊，對指令讀取模塊讀取的指令進行處理，輸出結(jié)果。優(yōu)選地，由程序計數(shù)器指示所述待執(zhí)行的指令地址。優(yōu)選地，指令處理器模塊進行指令譯碼、讀操作數(shù)、運算操作。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法的流程圖；圖2是一條預(yù)跳轉(zhuǎn)指令的示意性結(jié)構(gòu)圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的預(yù)跳轉(zhuǎn)系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例。
具體實施例方式本發(fā)明提出了一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法及系統(tǒng)，其基本原理是:在判斷出后面將要發(fā)生跳轉(zhuǎn)時，就確定將要發(fā)生的跳轉(zhuǎn)的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，從而在指令進行到該跳轉(zhuǎn)位置時完成跳轉(zhuǎn)操作。事實上，程序中的任何一個有條件的跳轉(zhuǎn)都是在條件生成時就能夠知道后面將會有跳轉(zhuǎn)發(fā)生的。例如對于標準的“for”循環(huán)，在循環(huán)起點就可以知道，在后面肯定會面臨是否跳轉(zhuǎn)的判斷，甚至根據(jù)循環(huán)變量的當前數(shù)值，就能夠知道未來要不要跳轉(zhuǎn)，根據(jù)本發(fā)明的方法在得知未來要跳轉(zhuǎn)的時候就指明在哪里跳轉(zhuǎn)，要跳到哪里去，在指令進行到之前預(yù)計跳轉(zhuǎn)的位置時，就執(zhí)行之前預(yù)計的跳轉(zhuǎn)操作。本發(fā)明的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法基于棧模式，其基本原理是可預(yù)先判斷后面將要發(fā)生的若干條跳轉(zhuǎn)，將這些跳轉(zhuǎn)按順序壓棧，當?shù)竭_各個跳轉(zhuǎn)位置時將這些跳轉(zhuǎn)逐次彈棧，這種棧模式(即，先進后出的模式)與嵌套循環(huán)的模式是匹配的，因此特別適用于多重嵌套循環(huán)。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法的流程圖，其包括:步驟Sll:當根據(jù)當前指令判斷出后續(xù)指令中包含跳轉(zhuǎn)指令時，根據(jù)當前指令的結(jié)果，確定所述跳轉(zhuǎn)指令是否執(zhí)行跳轉(zhuǎn)；步驟S12:若判斷結(jié)果為執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則確定跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，并將所述跳轉(zhuǎn)位置和所述跳轉(zhuǎn)目的地壓入棧，若判斷結(jié)果為不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則按原有順序執(zhí)行之后的指令；步驟S13:當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址一致時，則彈出所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，以彈出的所述跳轉(zhuǎn)目的地作為下一條指令的地址，當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址不一致時，則以待執(zhí)行的指令地址作為下一條指令的地址；步驟S14，根據(jù)所述下一條指令的地址讀取指令并執(zhí)行。其中，步驟S12可通過預(yù)跳轉(zhuǎn)指令PJ來實現(xiàn)，該預(yù)跳轉(zhuǎn)指令PJ的功能是:基于條件生成指令的結(jié)果進行操作，若條件生成指令的結(jié)果指示為執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則確定跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，并將所述跳轉(zhuǎn)位置和所述跳轉(zhuǎn)目的地壓入棧，若判斷結(jié)果為不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則順序執(zhí)行之后的指令。圖2是一條預(yù)跳轉(zhuǎn)指令的示意性結(jié)構(gòu)圖。其中該預(yù)跳轉(zhuǎn)指令主要包括條件字段#C、跳轉(zhuǎn)位置字段B和跳轉(zhuǎn)目的地字段A。條件字段#(:規(guī)定了跳轉(zhuǎn)發(fā)生的條件，#C通常為常數(shù)，可對應(yīng)于條件生成指令產(chǎn)生的標示位FLAG。跳轉(zhuǎn)位置字段B指示了在所執(zhí)行的指令中，“跳轉(zhuǎn)”這一動作所在的位置，即指明“在哪里跳轉(zhuǎn)”的問題，該位置與執(zhí)行“跳轉(zhuǎn)”操作的指令的指令地址相關(guān)聯(lián)。跳轉(zhuǎn)目的地字段A指示了執(zhí)行“跳轉(zhuǎn)”操作時，指令的分支地址，即指明“跳轉(zhuǎn)到哪里去”的問題。步驟S13可以通過將棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與程序計數(shù)器PC指示的指令地址相比較來實現(xiàn)，其中程序技術(shù)器PC指示的地址就是待執(zhí)行的指令的地址，若棧頂?shù)奶D(zhuǎn)位置與PC指示的指令地址一致，則標志著指令已經(jīng)運行到了應(yīng)該發(fā)生跳轉(zhuǎn)的位置，則彈出棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，該跳轉(zhuǎn)目的地就是執(zhí)行跳轉(zhuǎn)時應(yīng)“跳轉(zhuǎn)”到的指令分支地址，按照這個指令分支地址讀取指令，就完成了此次跳轉(zhuǎn)。由于棧的工作機制是“先進后出”，因此在多層嵌套循環(huán)指令中，外層循環(huán)的跳轉(zhuǎn)先進棧，內(nèi)層循環(huán)的跳轉(zhuǎn)后進棧，此后指令必然先運行至內(nèi)層循環(huán)的跳轉(zhuǎn)位置，從而使頂部的內(nèi)層循環(huán)跳轉(zhuǎn)出棧。當指令運行到外層循環(huán)的跳轉(zhuǎn)位置時，再使外層循環(huán)跳轉(zhuǎn)出棧，從而完成整個多層嵌套循環(huán)。下面以標準的二重嵌套循環(huán)為例詳細描述本發(fā)明的方法。以下是標準的二重循環(huán)的c語言代碼:
權(quán)利要求
1.一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法，該方法包括: 步驟Sll:當根據(jù)當前指令判斷出后續(xù)指令中包含跳轉(zhuǎn)指令時，根據(jù)當前指令的結(jié)果，判斷所述跳轉(zhuǎn)指令是否執(zhí)行跳轉(zhuǎn)； 步驟S12:若判斷結(jié)果為執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則確定跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，并將所述跳轉(zhuǎn)位置和所述跳轉(zhuǎn)目的地壓入棧，若判斷結(jié)果為不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則按原有順序執(zhí)行之后的指令； 步驟S13:當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址一致時，則彈出所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，以彈出的所述跳轉(zhuǎn)目的地作為下一條指令的地址，當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址不一致時，則以待執(zhí)行的指令地址作為下一條指令的地址； 步驟S14，根據(jù)所述下一條指令的地址讀取指令并執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法，其中，步驟S12通過預(yù)跳轉(zhuǎn)指令來實現(xiàn)，該預(yù)跳轉(zhuǎn)指令基于條件生成指令的結(jié)果進行操作，若條件生成指令的結(jié)果指示為執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則確定跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，并將所述跳轉(zhuǎn)位置和所述跳轉(zhuǎn)目的地壓入棧，若判斷結(jié)果為不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則順序執(zhí)行之后的指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法，其中所述與跳轉(zhuǎn)指令包括條件字段、跳轉(zhuǎn)位置字段和跳轉(zhuǎn)目的地字段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法，其中待執(zhí)行的指令的地址由程序計數(shù)器指示。
5.一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 用于存儲預(yù)跳轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的棧； 預(yù)跳轉(zhuǎn)模塊，其輸入端連接指令處理模塊的輸出，其輸入端連接所述棧的輸入，當指令處理模塊的輸出結(jié)果指示后面的跳轉(zhuǎn)指令將執(zhí)行跳轉(zhuǎn)時，將所述跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地作為跳轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)壓入所述棧； 指令地址比較模塊，其比較所述棧的頂部的跳轉(zhuǎn)位置和待執(zhí)行的指令地址，當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址一致時，則彈出所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地作為指令地址比較模塊的輸出，當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址不一致時，則以所述待執(zhí)行的指令地址作為指令地址比較模塊的輸出； 指令讀取模塊，根據(jù)指令地址比較模塊的輸出讀取指令； 指令處理模塊，對指令讀取模塊讀取的指令進行處理，輸出結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中由程序計數(shù)器指示所述待執(zhí)行的指令地址。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其中指令處理器模塊進行指令譯碼、讀操作數(shù)、運算操作。
全文摘要
一種指令分支的預(yù)跳轉(zhuǎn)方法和系統(tǒng)，該方法包括當根據(jù)當前指令判斷出后續(xù)指令中包含跳轉(zhuǎn)指令時，根據(jù)當前指令的結(jié)果，判斷所述跳轉(zhuǎn)指令是否執(zhí)行跳轉(zhuǎn)；若判斷結(jié)果為執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則確定跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，并將所述跳轉(zhuǎn)位置和所述跳轉(zhuǎn)目的地壓入棧，若判斷結(jié)果為不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，則按原有順序執(zhí)行之后的指令；當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址一致時，則彈出所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置和跳轉(zhuǎn)目的地，以彈出的所述跳轉(zhuǎn)目的地作為下一條指令的地址，當所述棧頂部的跳轉(zhuǎn)位置與待執(zhí)行的指令地址不一致時，則以待執(zhí)行的指令地址作為下一條指令的地址；根據(jù)所述下一條指令的地址讀取指令并執(zhí)行。
文檔編號G06F9/38GK103218206SQ20121001528
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者沙力, 蘭軍強, 朱磊 申請人:上海算芯微電子有限公司