[发明专利]一种原子指令的执行方法和装置

说明书

本发明公开了一种原子指令的执行方法和装置，本发明方法包括将原子指令发送到Store流水线执行；非Cache一致性区域操作的原子指令发送到下一级存储中，并等待返回结果；Cache一致性区域的原子指令在Store流水线中获取数据，并进行原子操作，并获得原子指令的执行结果，将原子指令的执行的结果，借用Load流水线写结果的通路，写出到结果总线上。原子指令的执行装置包括前述原子指令的执行方法对应的单元和模块。本发明能够基于现有普通存储流水线上实现，利用为普通Load指令和Store指令实现的分离的Load、Store流水线来实现原子指令，减少实现的复杂度和相关实现开销、提高整个系统的效率，具有实现复杂度低、运行开销小、执行效率高的优点。

技术领域

本发明涉及微处理器的核心流水线设计领域，具体涉及一种原子指令的执行方法和装置。

背景技术

在并行程序的实现中，总涉及到共享资源的读写。为了避免多个共享资源写的冲突，保证程序执行的正取性。读写实现共享资源读写的基本方法是对共享资源进行锁操作，只有在获得锁后，才能够对共享资源进行写。而锁的实现通常采取“读-修改-写”的序列，而且该序列必须是原子的，也就是该序列执行过程中不能被其它操作打断。这类原子指令的实现就要求处理器能够提供对应的指令就行实现。对此，Intel提供了CMPXCHG原子指令，IBM提供了CAS原子指令，ARM提供了SWP、LDADD等原子指令。以ARM的LDADD 原子指令为例，该指令首先从存储器中取出数据，然后和该原子指令带的操作数相加，然后将相加的结果写回到存储中，并将存储器中取的数据写入到LDADD的目的寄存器中。

在精简指令集的处理器中存储操作一般有数据装载指令（Load指令）和数据存储指令（Store指令）两种。其中Load指令负责从存储器中读取数据，Store指令负责将数据存入存储器中。原子指令和普通存储操作指令（Load、Store指令）的最大不同是，原子指令同时要做Load和Store指令的操作，并且Load和Store操作不能被其他操作打断。

对于普通指令的流水线的设计也根据普通Load、Store指令的特性进行设计，分为数据获取流水线（Load流水线）和数据存储流水线（Store流水线）。这样每条流水线就可以实现最简的功能，以减小设计和验证的复杂度，同时降低不必要的额外开销。为了在一条流水线中实现原子指令，那么需要在流水线中增加一种新的通路，既可以读取数据也可以存储数据，这样的实现在一条流水线中融合了Load和Store流水线的特征，实现代价高，容易造成资源的浪费。因为原子指令在普通程序中的比例很小。为了实现少数指令而浪费资源的设计是不合理的。

目前已知的处理器没有公开的原子指令实现的细节。如果能够利用普通Load指令和Store指令实现的分离的Load、Store流水线来实现原子指令，那么就可以减少实现的复杂度和相关实现开销、提高整个系统的效率。但是，具体如何利用普通Load指令和Store指令实现的分离的Load、Store流水线，则仍然是一项亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种原子指令的执行方法和装置，本发明能够基于现有普通存储流水线上实现，利用普通Load指令和Store指令实现的分离的Load、Store流水线来实现原子指令，减少实现的复杂度和相关实现开销、提高整个系统的效率，具有实现复杂度低、运行开销小、执行效率高的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种原子指令的执行方法，实施步骤包括：

1）按照普通指令的执行路径进行原子指令的取指、译码、重命名；

2）在指令分派时，将原子指令按照普通Store指令进行处理发送到Store流水线并带上目的寄存器的信息；

3）在指令发射时，将原子指令按照普通Store指令的发射逻辑发射至存储指令队列；