[发明专利]指令编码方法、指令编码系统及数字信号处理器

说明书

技术领域

本发明涉及指令集体系结构，尤其涉及一种指令编码方法、指令编码系统及采用该指令编码系统的数字信号处理器。

背景技术

在处理器中，控制器通常从程序存储器中取出指令，进行解码后，发出相应的控制信号给数据通路和存储器等，以取出相应数据并执行解码出的指令。处理器需要利用各种特定的指令组合来完成要求的应用程序。存储指令代码除了占用内存，还需占用缓存，这些对芯片面积都将造成影响。特别对于单芯片系统，芯片面积是直接决定成本的最重要因素之一，指令集代码的编码效率是设计中面临的非常重要的一个问题。而且，对指令代码进行存取操作需要功耗，指令的长短也直接影响着指令代码存取功耗的大小。

在进行指令编码时，指令长度越短，占用的编码空间越大，也就是说，可提供的指令类型越少。例如，对于16位指令，其允许编码的指令类型为2的16次方，而32位指令，其允许编码的指令类型为2的32次方，远大于16位指令。但另一方面，指令长度越长，则占用的存储空间越大，且存取需要的功耗越大。

有的处理器采用定长指令，所有的指令均匀编码，每个指令具有固定的长度，例如32位。这种定长指令中，有的指令需要的代码位数比较多，如对长立即数的运算指令，定长指令的长度至少要求满足这些指令必要的代码位数；另有一些指令比较短，例如装载指令(LOAD)，但仍要占用固定的长度，需要浪费存储空间和存取功耗。如果采用较短的固定长度，则指令编码空间有限，无法满足指令类型的多样化。

有的处理器则采用变长指令来解决这个问题。目前在具有变长指令的处理器中，一般是采用16位和32位两类指令长度，例如专利号为第6,189,090号的美国专利，其名称为“具变长指令的数字信号处理器(Digital signalprocessor with variable width instructions)”。在第6,189,090号美国专利中，提出了一种指令集包括16位和32位两种长度的指令。将大部分指令编入32位长度指令，而少量指令编入16位长度指令。采用这种指令集的确使指令在程序存储器占用的空间减少了。但这种指令集中大多数指令仍旧主要采用32位长度编码，以满足足够的指令类型。并且由于16位的指令应用得比较少，使得16位长度指令数量有限，对指令存储空间的减少所作的贡献也是有限的。

数字信号处理器作为一种特殊的处理器，特别用于执行一些快速的运算操作，常常需要设定大量特殊的专门指令，用于各类复杂的运算操作。指令类型数量的增加也为指令存储提出了更大空间的要求。例如，在面向寄存器的数字信号处理器中，通常设置了地址寄存器，在进行存取等操作时，也要设计各种指令类型来完成地址的计算。因此，对于数字信号处理器来说，更应考虑提高指令集代码的编码效率。同时，数字信号处理器特别强调以性能为导向，在保证满足专门应用的各种性能(包括处理速度等)的前提下，要求减少电路实现面积从而降低成本，这样对指令存储空间的压缩也提出了更高的要求。在较多的情况下，两条存储指令和一条计算指令并行，要同时读出和写入，或者同时读出需要用到的数据，或者一条存储指令写回上一条计算完成的数据，另一条存储指令用于读取需要用到的数据。因此，在DSP算法中，一般要求在做计算时，能同时进行两个存储单元的读取或者一个存储单元的读和写。在超长指令字系统中，可以一次发射多条并行的指令，对于仅包含16位和32位两种长度的指令系统，为保证足够的指令类型，大多数指令长度需要编码在32位，也限制了多条指令的并行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种指令编码方法，该方法可以提高指令集代码的编码效率并同时减少代码空间。

本发明的另一目的在于提供一种指令编码系统，对于指令集代码的编码效率进行优化和提高，并使得处理器在存储开销、性能和功耗等各个方面都有显著提升。

本发明的另一目的在于提供一种处理器，能够提高指令集代码的编码效率并同时减少代码空间，相应地，减少了存储开销和功耗，提升了性能。

根据本发明的第一个方面，提供一种指令编码方法，包括如下步骤：

将基于长立即数的存取操作指令和计算操作指令压缩在32位长度，作为第一指令；

将非基于长立即数的存取操作指令压缩在16位长度，作为第二指令；以及

将非基于长立即数的计算操作指令压缩在24位长度，作为第三指令。

根据所述的指令编码方法，它还包括：

将基于长立即数的程序控制指令压缩在32位长度，作为所述第一指令；以及

将非基于长立即数的程序控制指令压缩在16位长度，作为所述第二指令。