[发明专利]一种扩展寄存器堆的方法及装置

说明书

本发明公开了一种扩展寄存器堆的方法及装置，本发明的实施例方法包括进入扩展模式：写寄存器堆扩展模式控制寄存器，置位寄存器堆扩展控制位，并设置相应的寄存器堆扩展索引；使用扩展寄存器堆：指令译码时判断当前模式，如果在寄存器堆扩展模式下，则合并寄存器堆扩展索引和指令编码中的寄存器索引，形成一个完整的寄存器索引，然后读取原寄存器堆或扩展寄存器堆，并执行指令；退出扩展模式：写寄存器堆扩展模式控制寄存器，清除寄存器堆扩展控制位；装置包括寄存器堆扩展控制寄存器、寄存器索引合并器、扩展寄存器堆、寄存器数据多路选择器。本发明能够增加指令可访问的寄存器数量，具有硬件开销小、面积开销小、性价比高的优点。

技术领域

本发明涉及微处理器设计领域，具体涉及一种扩展寄存器堆的方法及装置。

背景技术

在处理器中，寄存器堆是微处理器中贮存操作数的部件，访问速度快，可供指令直接访问。如图1所示，处理器一般结构包括存储器、取指部件、译码器、寄存器堆和执行部件，处理器通过取指部件从存储器读取指令，通过译码器对指令进行译码，执行部件使用指令编码中的寄存器索引访问寄存器堆获取源操作数进行计算，并将结果写回到寄存器堆。如图1所示的传统的处理器，从存储器读取指令，对指令进行译码，从寄存器堆中读取操作数，然后在功能部件中执行指令。

处理器中寄存器的数量往往会受到限制。大部分微处理器为了简化硬件设计和提高时钟频率，往往使用固定长度的指令编码，比如32位，如图2所示，32位分别包括操作码opcode、rm、rn、rd和函数func字段，由于指令编码中寄存器索引字段只有5位，所以该处理器只能访问32个寄存器。在指令的编码中，某些字段（例如opcode）用于操作功能编码，某些字段用于立即数，某些字段用于寄存器堆的索引。由于指令长度的限制，指令中用于索引寄存器的字段一般为5位，因而限制了指令可以直接访问的寄存器只有32个。寄存器堆的大小直接决定了软件可以直接使用的寄存器数量。如果能够扩展寄存器堆，即增加寄存器的数量，则可以提高软件调度的灵活性，并提高程序的性能。然而增加寄存器的数量必须增加用于访问寄存器堆的索引的位数。由于指令长度的限制，无法在指令编码中直接扩展寄存器索引的位数，即使能够做到，也会导致与原有的指令不兼容。

因此，如何实现既能扩展寄存器堆的大小，又能保持对原有指令编码的兼容，就成为扩展寄存器堆时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，提供一种扩展寄存器堆的方法及装置，本发明能够增加寄存器数量，且能够在保持原有指令编码兼容的条件下，扩展寄存器堆的大小，且具有硬件开销小、性价比高的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种扩展寄存器堆的方法，实施步骤包括：

1）对取指部件取出的指令进行译码；

2）判断译码结果是否为预设的扩展寄存器堆控制指令，如果是扩展寄存器堆控制指令则跳转执行步骤3）；否则，跳转执行步骤4）；

3）判断扩展寄存器堆控制指令的指令类型，如果指令类型为使能，则置位预设的寄存器堆扩展控制寄存器，使得处理器进入寄存器堆扩展模式，在寄存器堆扩展模式下处理器可以访问原生寄存器堆和扩展寄存器堆；如果指令类型为修改索引，则设置寄存器堆扩展索引；如果指令类型为退出，则清除预设的寄存器堆扩展控制寄存器，使得处理器进入常规模式，在常规模式下处理器可以访问原生寄存器堆、不能访问扩展寄存器堆；跳转执行步骤7）；

4）判断处理器当前的寄存器堆模式类型，如果为寄存器堆扩展模式，则跳转执行步骤5）；如果为常规模式，则跳转执行步骤6）；

5）将预设的寄存器堆扩展索引、指令编码中的寄存器索引进行合并形成扩展的寄存器索引，根据扩展的寄存器索引访问扩展寄存器堆中的指令并执行；跳转执行步骤7）；

6）通过执行部件访问原生寄存器堆的指令并执行；跳转执行步骤7）；