[发明专利]一种高速缓存系统及单周期多数据的入栈、出栈操作方法

说明书

本发明公开了一种高速缓存系统，包括：存储单元、监控单元和命中判定单元，存储单元包括数据缓存空间和临时堆栈空间，存储单元用于存储待写数据和Tag；监控单元监测存储单元写端口的数据和命中信号；命中判定单元用于判断当前的读操作是否命中了存储单元，并在发生命中时将待读数据由存储单元中读出；其中，存储单元包括若干个并行设置的N位存储模块，每一N位存储模块均设置有若干状态位；监控单元用于获取待写数据信息和若干状态位信息，并在发生命中时，根据待写数据信息和若干状态位，将待写数据和对应地址的Tag写入对应数据缓存空间或临时堆栈空间，可以提高堆栈效率。本发明还提供一种单周期多数据的入栈、出栈操作方法。

技术领域

本发明涉及处理器高速缓存设计技术领域，具体涉及一种高速缓存系统及单周期多数据的入栈、出栈操作方法。

背景技术

在处理器运行过程中，经常会遇到函数调用、中断等，在程序跳转后的通用流程是先对当前寄存器中的数据进行堆栈保存，然后执行函数或者中断程序，当程序执行完成后再将数据出栈恢复。

传统数据堆栈出栈功能的实现是在处理器内存空间上开辟一块栈空间，然后通过处理器的装载（load）和保存（store）指令一个一个完成数据的写入或读出操作。对于一个有多个通用寄存器的处理器，则堆栈出栈操作在理想情况下大约也需要与寄存器数量相等的多个时钟周期，导致数据入栈和出栈操作周期较长；而且，load、store操作的数据最终是保存在高速缓存内，很有可能遇到高速缓存不命中，或高速缓存替换等情况，从而引入更多的等待周期；此外，load、store操作一次只能处理一个数据，而高速缓存结构中的一个数据行通常包含多个数据，因此通过load、store操作完成数据保存无法充分利用高速缓存一行多个数据的位宽优势，入栈、出栈效率低。

发明内容

为了克服现有高速缓存在处理数据的入栈和出栈操作时，处理周期较长且处理效率低的技术问题，本发明提供一种高速缓存系统及单周期多数据的入栈、出栈操作方法。

本发明所述的一种高速缓存系统，包括：

存储单元，存储单元包括数据缓存空间和临时堆栈空间，存储单元用于存储待写数据和Tag；

监控单元，监控单元与存储单元连接，以监测存储单元写端口的数据和命中信号；

命中判定单元，命中判定单元与存储单元连接，用于判断当前的读操作是否命中了存储单元，并在发生命中时将待读数据由存储单元中读出；

其中，存储单元包括若干个并行设置的N位存储模块，每一N位存储模块均设置有若干状态位，以通过改写若干状态位对数据缓存空间或临时堆栈空间进行复用；

监控单元用于获取待写数据信息和若干状态位信息，并在发生命中时，根据待写数据信息和若干状态位，将待写数据和对应地址的Tag写入对应数据缓存空间或临时堆栈空间。

优选地，N位存储模块还包括数据存储器和标签存储器，数据存储器用于存储待写数据，标签存储器用于存储Tag。

优选地，状态位的数量为三个，包括：

数据行有效状态位，数据行有效状态位用于表示该行数据是否有效；

数据行被更新状态位，数据行被更新状态位用于表示该行数据是否已被更新；

堆栈状态位，堆栈状态位用于表示该数据行能否被用作堆栈。

优选地，临时堆栈空间应用的入栈函数为push，出栈函数为pop；入栈函数和出栈函数能够在一个时钟周期内实现若干数据的堆栈或出栈操作。

优选地，监控单元包括2路选择器， 2路选择器根据待写数据信息判断待写数据类型，生成并发送判断类型结果。

优选地，高速缓存系统还包括：写入缓冲单元，写入缓冲单元设置在监控单元与存储单元之间，用于对待写数据进行暂存，并根据判断类型结果，将待写数据输出至数据缓存空间或临时堆栈空间。

优选地，高速缓存系统还包括：