[发明专利]一种包含分支预测循环的指令处理装置、处理器及其处理方法

说明书

本发明公开了一种取指令方法，包括步骤：在当前读取的指令为后向条件分支指令时，确定该后向条件分支指令所指示的候选指令循环体和缓存中已存储的指令循环体是否一致；如果候选指令循环体和已存储的指令循环体相一致，则从缓存中已存储的指令循环体中取出要执行的指令；以及如果候选指令循环体和所述已存储的指令循环体不一致，则在缓存中存储候选指令循环体。本发明还公开的其中执行该方法的指令处理装置以及包括这个指令处理装置的片上系统。

技术领域

本发明涉及处理器领域，尤其涉及包括循环体缓存器的处理器核心和处理器。

背景技术

现代的处理器或者处理器核心以流水线的方式来处理指令。典型的流水线通常包括取指令、指令解码、指令发射、指令执行和指令退休等各个流水线阶段。处理器中通常包括专门的取指令单元来提取指令并提供给流水线的下一个级别。为了能够连续地向流水线的下一级提供指令，处理器通常会提供指令高速缓存，而取指令单元通常从指令高速缓存来连续地获取指令提供给下一级。为了从外部存储设备或者指令高速缓存获取指令，取指令单元需要消耗能量。减少取指令单元和指令高速缓存的功耗是本领域一直要解决的问题之一。

在许多处理程序中，为了实现特定功能，需要对相同的处理步骤重复执行多次。因此，相应地，在处理器中，经常需要重复处理一段由多个指令构成的指令片段，在本领域将这样的指令片段称为指令循环体。如果可以监测到指令循环体并进行缓存，则可以减少从外部存储设备或者指令高速缓存来获取指令的功耗。因此，现在的处理器中一般提供了专门的缓存单元来缓存指令循环体，并将这样的缓存单元称为循环体缓冲器。

然而，在一种现有的指令循环体方案中，在循环终止时，就清除在循环体缓冲器中的循环体。但是在实际应用中，由于前次执行的循环体有较大概率在退出循环后不久需要被再次执行，因此，现有方案的处理方式造成相同循环体被无意义地重复填充。另外，在现有的指令循环体方案中，一般并未涉及到循环体中的分支跳转指令的跳转预测等处理，这样，对于从循环体缓冲器送出的分支跳转指令，对其后续指令流的确定容易出错，需要在流水线的后续阶段进行纠错，从而不能对来自循环体缓冲器的分支跳转指令进行高效处理。

为此，需要一种新的指令循环体方案，能够解决或者缓解上述问题，提高指令循环体的处理效率，从而整体减少处理器的功耗。

发明内容

为此，本发明提供了一种新的指令处理装置、处理器和指令处理方法，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种取指令方法，包括步骤：在当前读取的指令为后向条件分支指令时，确定该后向条件分支指令所指示的候选指令循环体和缓存中已存储的指令循环体是否一致；如果候选指令循环体和已存储的指令循环体相一致，则从缓存中已存储的指令循环体中取出要执行的指令；以及如果候选指令循环体和所述已存储的指令循环体不一致，则在缓存中存储候选指令循环体。

可选地，在根据本发明的取指令方法中，其中缓存中还存储有已存储的指令循环体结尾处的后向条件分支指令的信息，。确定候选指令循环体和所存储的指令循环体是否一致的步骤包括：确定当前读取的后向条件分支指令的地址和所存储的后向条件分支指令的地址是否一致。

可选地，根据本发明的取指令方法还包括步骤：在存储候选指令循环体之前，确定候选指令循环体的长度；以及当候选指令循环体的长度大于第一预定值时，不在缓存中存储候选指令循环体，并将当前读取的指令用作所述要执行的指令。

可选地，根据本发明的取指令方法还包括步骤：在存储候选指令循环体之前，确定所述候选指令循环体的连续执行次数；以及当候选指令循环体的连续执行次数小于第二预定值时，不在缓存中存储候选指令循环体，并将所述当前读取的指令用作所述要执行的指令。