[发明专利]一种精简指令集计算机指令功能扩展的方法及装置

权利要求书

1.一种精简指令集计算机指令功能扩展的方法，其特征在于，包括：

1）确定要增强的目标指令功能；

2）使用现有指令集的指令实现目标指令功能，得到对应的固定指令序列；

3）在编译器中实现对目标指令功能进行识别和使用对应的固定指令序列实现；

4）在处理器内部实现对固定指令序列探测并变换为增强指令，所述增强指令为处理器的内部指令、对程序员不可见且不是现有指令集的一部分；

5）在处理器内部为目标指令功能增加的逻辑部件实现增强指令的执行；

步骤1）中确定要增强的目标指令功能在目标精简指令集中包含多条指令，步骤1）中确定要增强的目标指令功能为下述两种方式中的一种：方式1，通过正向分析程序的指令功能，分析目标精简指令集实现的指令数和执行延迟，根据指令数和执行延迟选择某一种指令功能作为要增强的目标指令功能；方式2，针对程序采用目标精简指令集的编译结果，参照采用其他指令集的编译结果，选择某一种指令功能作为要增强的目标指令功能。

2.根据权利要求1所述的精简指令集计算机指令功能扩展的方法，其特征在于，所述选择某一种指令功能时采用的参数指标包括：指令功能的实现复杂度，所述实现复杂度包括硬件开销，所述硬件开销包括逻辑量、面积、功耗中的至少一种或多种指标；指令功能的延迟，所述延迟是指指令功能需要多少个时钟周期可以完成；指令功能的输入和输出的个数和类型是否超过现有数据通路。

3.根据权利要求1所述的精简指令集计算机指令功能扩展的方法，其特征在于，步骤2）中使用现有指令集的指令实现目标指令功能时，得到对应的固定指令序列中的指令共用目的寄存器。

4.根据权利要求1所述的精简指令集计算机指令功能扩展的方法，其特征在于，步骤4）中在处理器内部实现对固定指令序列探测并变换为增强指令时，还包括将固定指令序列中共用目的寄存器的上一条指令优化为空操作指令的步骤。

5.根据权利要求1所述的精简指令集计算机指令功能扩展的方法，其特征在于，步骤5）在处理器内部实现增强指令的执行时，处理器的指令执行步骤包括：

S1）取指令；

S2）在译码前，首先通过操作数对连续的指令探测是否为固定指令序列，若探测到固定指令序列，则判断固定指令序列中指令的目的寄存器是否相同，如果目的寄存器不同，则将固定指令序列变换为增强指令，并保持固定指令序列中共用目的寄存器的上一条指令不变；如果目的寄存器相同，则将固定指令序列变换为增强指令，并将固定指令序列中共用目的寄存器的上一条指令优化为空操作指令；然后在进行指令译码；

S3）针对译码得到的指令进行指令分派；

S4）指令发射；

S5）指令执行，若被执行的指令为增强指令，则通过处理器中对应的逻辑部件执行；

S6）将指令执行结果写回目标寄存器。

6.根据权利要求1所述的精简指令集计算机指令功能扩展的方法，其特征在于，步骤1）中确定要增强的目标指令功能为从一个rs寄存器中二进制比特串中获取特定的比特并放到rd寄存器的低位的二进制比特操作；步骤2）中的现有指令集为RISC-V指令集、且得到对应的固定指令序列包括Slli rd0,rs1,#imm0和Slri rd0,rd0,#imm1两条指令，其中slli为带立即数的逻辑左移指令，slri为带立即数的逻辑右移指令，rd0和rs1均为寄存器，#imm0和#imm1分别为两个立即数；步骤4）中在处理器内部实现对固定指令序列探测并变换为增强指令后得到的增强指令包括：nop和Bext rd0, rs1, #imm0, #imm1两条指令，其中nop为空操作指令，Bext为增强指令功能对应的指令增强功能编码指令，#imm0和#imm1分别为两个立即数。

7.一种精简指令集计算机指令功能扩展的装置，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，该微处理器被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述精简指令集计算机指令功能扩展的方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述精简指令集计算机指令功能扩展的方法的计算机程序。