[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

说明书

本发明公开了一种精简指令集计算机指令功能扩展的方法及装置，本发明方法包括确定要增强的目标指令功能；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；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；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，在处理器内部实现增强指令的执行。本发明能够在指令集中不增加新的指令、保持指令集兼容性的基础上增强指令集的功能，实现精简指令集中指令功能增强，提高处理器的性能，具有实现简单、使用灵活的优点。

技术领域

本发明涉及处理器微体系结构设计领域，具体涉及一种精简指令集计算机指令功能扩展的方法及装置。

背景技术

精简指令集计算机每条指令的功能相对单一，带来的好处是指令实现简单，相应的硬件实现开销较小。RISC-V是第五代精简指令集的缩写，是目前使用较广泛的一种精简指令集。目前RISC-V指令集对指令为了减小相应指令集的复杂程度，对指令集进行了分类，一个计算机可以根据相应的使用场景，只实现一些指令集。例如在MCU中只实现I类指令，保证了指令集的标准性，同时能够让实现尽量简单，芯片设计成本低，并且实际使用功耗，面积方面具有较强的优势。

RISC-V标准指令集G代表了标准的IMAFD扩展(分别代码整数、多周期乘除、原子、单精度点和双精度浮点指令扩展)和Zicsr、Zifencei扩展，为了软件的兼容性，目前通用领域实现的指令集通常就是G扩展。

指令集在功能上是完整的，但是对于某些程序，可能这些指令的功能还不够强大，即一个相对独立的功能需要多条指令的组合才能完成。这就造成了程序的体积膨胀，同时，指令在执行时也会占用更多执行资源，例如指令队列、发射资源、执行部件等。另外，由于执行延迟等于所有指令的延迟叠加，完成该功能的需要更长的执行延迟。因此，处理器在执行该程序时，性能将受到直接影响。

一种直观的方式就是进行指令功能的扩展，将一个独立的功能，使用一条指令来实现，通过在指令集中增加指令的方式，减少指令数量，缩减指令执行延迟，由此，可以提高处理器执行该指令的性能。但是，这种方式最大的弊端就是破坏了程序的兼容性，加剧了指令集生态系统的碎片化。

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，提供一种精简指令集计算机指令功能扩展的方法及装置，本发明能够在指令集中不增加新的指令、保持指令集兼容性的基础上增强指令集的功能，实现精简指令集中指令功能增强，提高处理器的性能，具有实现简单、使用灵活的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种精简指令集计算机指令功能扩展的方法，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)在处理器内部实现增强指令的执行。

可选地，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。

可选地，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，参考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。