[发明专利]一种处理器的指令或数据功能存储器

说明书

一个用于时分复用流水线处理器的指令或数据功能存储器的方法，特征为：处理器使用一个多级流水线，流水线的各级流水部件在同一个流水线时钟周期执行不同线程的操作；所有复用该流水线的线程根据其切入流水线的时间规律，分成多个线程组，指令或数据功能存储器使用多个容量相同或不同的子存储器组合而成，所有线程通过时分复用方式访问一个或多个指令或数据功能存储器的子存储器，一个可行的子存储器实体是单端口的静态随机存储器(SP‑SRAM)。

技术领域

本发明涉及处理器结构领域，尤其是多线程处理器的存储器的组织结构。

背景

在目前的处理器，一般都是固定容量的程序存储器或数据存储器，本发明通过组合小容量的子存储器生成程序存储器或数据存储器，还可以动态调整存储器的大小，实现对存储器容量与带宽最大化效率使用，通过精细控制子存储器的时钟和供电，进一步节省功耗。

发明内容

一个用于处理器的指令或数据功能存储器的读写方法，特征为：处理器使用多级流水线，流水线的各级流水部件在同一个流水线时钟周期执行多个线程的操作；复用该流水线的线程根据其切入流水线的时间规律或访问寄存器的时间规律，分成多个线程组；不同线程组支持的指令集可以相同也可以不同；指令或数据功能存储器可以使用多个容量相同或不同的子存储器组合而成；所有线程通过时分复用方式访问指令或数据功能存储器或其子存储器；存储器访问时隙未被完全被占用时，其空闲访问时隙可以留给外设或其他设备访问，也可以保持空闲。

一个典型的分组方法为：由于处理器的流水级数为N，所有线程的所有指令需要N个流水时钟周期才能完成，所以任何线程的指令执行速度最大值为流水线时钟的N分之1，线程切入流水线的时刻的流水线时钟计数值除以N后的余数相同的线程归为一组，同一个指令或数据功能存储器的子存储器不会同时响应不同的线程组，同一个线程组内的线程也不会同时访问同一个子存储器。需要注意的是，由于处理器流水线的具体实施方式的不同，分组的方式也可以随之变化，本发明并不限制具体的分组方法和具体的流水线实现，而只是对已经按照一定方法分组后，在适用的流水线情况下的访问存储器的方法。

指令存储器和数据存储器共享同一物理存储器集合，一个物理子存储器可以按需静态或动态的分配为指令存储器功能或者数据存储器功能，用若干个容量相同或不同的子存储器组合而成最终的指令或数据功能存储器可以更加有效的利用存储器。

通过提高子存储器读写时钟的方法，例如存储器工作在2倍流水线时钟，可以提供更大的访问带宽给线程，使一个线程在一个流水线时钟内可以读写更多的数据，或者可以在一个流水线时钟内被2个线程组的线程使用，或被其他外设访问。

不同线程组内的线程支持的指令集可以不相同，例如：简单功能线程组的线程支持的指令只需要访问1次指令存储器和1次数据存储器，而一些复杂的线程组的线程需要访问2 次指令存储器和3次数据存储器，所以每个线程组的线程对指令或数据存储器的带宽需求并不相同，针对不同的带宽需求，可以给予不同的线程组对指令或数据功能存储器访问的不同的带宽或时间片，必要时，可以由某个线程组独占一个或多个子存储器。

在子存储器较多的情况下，由于流水线不会同时访问所有的子存储器，对于在某个时间没有被访问的子存储器，虽然可以一直提供其时钟，但也可以不提供该时间的时钟信号，达到省电目的，进一步还可以控制该子存储器部分或全部信号线值不动或少动，同样可以省电。

此外，子存储器在一些情况下会超过用户的实际需要，例如有8个128字节容量的子存储器，用户只需要6个子存储器就满足需要，那么对于没有使用的2个闲置子存储器，虽然可以一直正常供电，但也可以降低其供电电压或者直接关掉其供电达到省电目的，如果6个用户使用的子存储器中的一个或多个在一定的时间内可以预期没有访问的需要但是其存储的数据需要保持，也可以降低这些没有访问需要的子存储器的供电，使之只起到保持数据的功能即可。需要注意的是，一个子存储器是否被使用或者访问，可以是动态的，而非一成不变。