CN102073551A - 可自我重置的微处理器及其方法 - Google Patents

Abstract

一种可自我重置的微处理器及其方法。该微处理器，包括总线接口单元，用来将该微处理器连接至总线，其中该总线包括讯号，当该讯号被设置时，便命令所有在总线上的装置不能在总线上初始化一传输。微处理器还包括微代码，根据检测到的事件来使总线接口单元设置该讯号至总线上，用来重置微处理器，但不重置部份用来设置该讯号至总线的总线接口单元；在微处理器重置之后，控制总线接口单元取消设置该讯号。在重置微处理器之前，微代码将设置标志并储存处理器状态至存储器，但微处理器的中断控制器并不会随微处理器而重置。在重置微处理器后，微代码将指示微处理器从存储器重新载入自身的状态，若判断标志被设定时，则不会重新载入中断控制器的状态。

Description

可自我重置的微处理器及其方法

技术领域

本发明涉及一种微处理器，特别是涉及一种可自我重置的微处理器及其方法。

背景技术

对目前的微处理器除错是非常困难的，微处理器的研发人员使用各种技术来试着重现错误以获得信息来了解错误产生的原因。目前所使用的技术包括改变微处理器在一般正常模式(normal mode)操作下的特征，如此可能导致微处理器和其他系统元件之间的互动操作变得异常且不可预期，而这些不正常的互动操作也可能产生非预期的结果并妨碍除错的成效。

因此亟需提出一种新颖的机制，其能重现错误，亦不会使微处理器和其他元件相互影响。

发明内容

鉴于上述，本发明提出一种可部份自我重置的微处理器及其方法，其透过部份重置机制，期能再制错误，亦维持系统正常运作。

本发明的一实施例提出一可部份自我重置的微处理器。微处理器包括一总线接口单元(bus interface unit)，其用来将该微处理器连接至一总线，其中该总线包括一讯号，当该讯号一被设置(asserted)时，便命令所有在总线上的装置不能(refrain)在总线上初始化一传输(transaction)。微处理器还包括微代码(microcode)，用来根据检测到的一事件(event)来使总线接口单元设置该讯号至总线上；重置(reset)微处理器，但对于设置该讯号至总线的部份总线接口单元则不进行重置；以及在微处理器重置之后，用来控制总线接口单元取消设置(deassert)该讯号。

本发明的另一实施例提供一部份自我重置微处理器的方法。所述的微处理器包括一总线接口单元(bus interface unit)，其用来将该微处理器连接至一总线，其中该总线包括一讯号，当该讯号一被设置(asserted)后，便命令所有在总线上的装置不能在总线上初始化一传输(transaction)。所述的方法包括：首先，微处理器根据检测到的一事件(event)来设置该讯号至总线上；接着，在设置该讯号之后，微处理器自行重置，但不重置部份用来设置讯号至总线的总线接口单元；最后，重置在微处理器重置之后，微处理器即取消设置(deassert)在总线上的该讯号。

本发明的再一实施例提供一可部份自我重置的微处理器。微处理器包括一中断控制器(interrupt controller)及一微代码。微代码用来根据检测到的一事件(event)来设定一标志(flag)；根据检测到的该事件来储存微处理器的一状态至一存储器中；在设定标志和储存状态之后，微处理器自行重置，但不重置中断控制器；以及在重置微处理器后，从存储器重新载入微处理器的状态，其中，若微代码判断标志被设定(set)，则微代码不会重新载入中断控制器的状态。

本发明的又一实施例提供一部份自我重置微处理器的方法，其中微处理器包括一中断控制器(interrupt controller)。所述的方法包括：首先，微处理器根据检测到的一事件在内部设定一标志；接着，微处理器根据检测到的该事件来储存微处理器的一状态至一存储器中；再来，在设定标志和储存状态之后，微处理器自行重置，但不重置中断控制器；最后，在重置微处理器后，微处理器从存储器重新载入自身的状态，其中，若判断标志被设定，则不会重新载入中断控制器的状态。

附图说明

图1为本发明所揭示的可部份自我重置的微处理器的系统架构图。

图2为本发明所揭示的部份自我重置微处理器的方法的步骤流程图。

附图符号说明

101  系统

100  微处理器

102  指令快取

104  特定模块寄存器

106  储存元件

108  进阶可编程中断控制器

112  指令转译器

114  跟踪程序

116  寄存器别名表

118  保留站

122  执行单元

124  引退单元

128  芯片组

132  系统存储器

134  区块下一请求产生逻辑电路

136  内部处理器重置讯号

138  处理器总线

142  与门

144  微代码

146  部份重置位

148  反向器

152  重置逻辑电路

156  重置程序

158  处理器状态

162  控制寄存器

步骤 S202-S218

具体实施方式

请先参考图1，为本发明所揭示的可部份自我重置的微处理器的系统架构图，其中，系统101包括可部份自我重置的微处理器(partiallyself-resetting microprocessor)100。系统101包括一系统存储器132，其耦接于一芯片组(chipset)128，并受其控制。系统存储器132可用来储存一处理器状态158，以下会有详尽的描述。芯片组128藉由一处理器总线138(processor bus)来耦接于微处理器100。一实施例中，处理器总线138包括一区块下一请求信号(Block Next Request signal，BNR#signal)。当处理器总线138上的一装置，如微处理器100或芯片组128，设置区块下一请求信号时，可阻止其他装置在处理器总线138上初始一个新的传输(transaction)。当微处理器100自我重置时，微处理器100会设置区块下一请求信号来防止独占(hang)处理器总线138，以下将加以详述。

微处理器100包括一含有多阶段的管线，其包括各种功能单元。管线包括一指令快取(instruction cache)102，其依序耦接于一指令转译器(instruction translator)112、一寄存器别名表(Register Alias Table，RAT)116、一保留站(reservation station)118、一执行单元(executionunit)12以及一引退单元(retire unit)124。指令转译器112用来将巨集指令(macroinstruction)(如x86系列架构中)转译成微指令(microinstruction)，该微指令是内建于微处理器100的精简指令集计算机架构(RISC-like microarchitecture)的微指令集中。保留站118发出指令至执行单元122，并以非循序的方式执行程序(execution out of programorder)。引退单元124包括一重排缓冲器(reorder buffer)，并依循序的方式来引退指令(retirement of instruction in program order)。执行单元122包括载入/储存单元(load/store unit)、整数单元(integer unit)、浮点单元(floating-point unit)、分支单元(branch unit)或单一指令多重资料单元(SIMD unit)。

微处理器100还包括一进阶可编程中断控制器(Advanced ProgrammableInterrupt Controller，APIC)108，其耦接于执行单元122以及一总线接口单元(bus interface unit)126，总线接口单元126作为微处理器100连至处理器总线138的接口。进阶可编程中断控制器108是接收系统101内部的各种中断来源，如芯片组128和周边装置，并传送这些中断至专门管理中断的微处理器100的核心。在本发明实施例中，进阶可编程中断控制器108的功能与区域进阶可编程中断控制器(Local APIC)类似，相关说明请参考2006年6月出版，关于Intel IA-32架构的「Architecture Software Developer’s Manual」一书的第三A册第八章「System Programming Guide 」的叙述。

微处理器100又包括一储存元件106，用来储存一部份重置标志(apartial reset flag)及其地址，储存元件106耦接于执行单元122。在本发明的一实施例中，部份重置标志及其储存地址位于使用者无法寻址的(non-user addressable)储存元件106中，因此不会被微处理器100在图2的步骤S212中，当被微处理器100自我重置时被清除，关于这部份的细节以下将会详述。更具体地说，储存元件106会因开启(power-on)微处理器100的电源而清除内容(power-on reset)，但不会受非因电源开启的重置操作(non-power-on reset)而影响，因此藉由设置重置输入讯号给微处理器100、或是如步骤S212中的自我重置来进行重置的情形，就不会清除储存元件106的内容。

微处理器100又包括特定模块寄存器(Model Specific Registers，MSRs)104，其耦接于执行单元122。总线接口单元126、进阶可编程中断控制器108、特定模块寄存器104、部份重置标志及其地址的操作将在下面详述。

微处理器100也包括微代码(microcode)144，其包括跟踪程序(tracerroutines)114及重置程序(reset routines)156。跟踪程序114是一组微代码程序，藉由软件写入一控制寄存器来被驱动，如使用WRMSR指令来写入特定模块寄存器104。跟踪程序114(亦可称为跟踪器(tracer))，可用来作为对微处理器100除错以及调整执行成效的工具。各种事件会驱动跟踪程序114来收集处理器状态信息，并将其写入系统存储器132的特定地址。

在本发明实施例中，跟踪程序114藉由定期呼叫而被驱动，例如，每当微处理器100执行并引退N个指令时(如100,000个指令，此数值可由使用者决定)，跟踪程序114便储存处理器状态158至系统存储器132。工程师便可从各检查点(checkpoints)来将所储存的处理器状态158重新载入至一模拟器，以对微处理器100进行除错，其中模拟器可以是微处理器100的软件功能模块。然而，微处理器100可能有一些未包含在处理器状态158的隐藏状态，因而使模拟器无法再制错误。因此，图1的微处理器100中的跟踪程序114，便包含会重置微处理器100并清除其状态的机制，随后并依据部分的重置顺序，由重置程序156从系统存储器132重新载入处理器状态158，以及在下一个指令时重新(resume)执行。

为了使错误发生，微处理器100必须历经一段时间(如：一天)依照顺序地执行上述模式(即停止执行，储存状态至存储器，自我重置，从存储器重新载入状态，以及继续执行)。不幸地，在某些状况下，若开启跟踪程序114的重置机制，在错误发生之前，微处理器100会时常占用处理器总线138。一般而言，正常情况下，微处理器100和芯片组128会同时重置，但就发生微处理器100独占处理器总线138的情形来说，一般的状况是微处理器100被重置，而芯片组128不会被重置，因此会发生微处理器100独占处理器总线138的情形。更具体来说，正常情况下，在芯片组128在处理器总线138上初始传输之前，微处理器100的总线接口单元126于重置之后，会具有足够的时间来执行自我初始化的操作。然而，因为在微处理器100自我重置、而芯片组128未被重置的情形下，当微处理器100正进行初始化时，芯片组128便在处理器总线138上初始传输，因而导致处理器总线138被占用的状况。

跟踪程序114进行重置所产生第二个问题，是会遗失芯片组128在重置讯号期间所产生给微处理器100的中断。这是因为进阶可编程中断控制器108的重置就是微处理器100的部份重置，如此导致进阶可编程中断控制器108在重置与重新载入原先储存的状态之间，遗失自己的状态而无法正确地处理芯片组128产生的中断。

以下将描述如何解决上述问题，那就是，修改微处理器100仅执行一部份的自我重置。更具体地说，为了解决上述第二个问题，微处理器100将不重置进阶可编程中断控制器108，也不从系统存储器132中重新载入处理器状态158。为了解决上述第一个问题，当跟踪程序114要求微处理器100重置时，总线接口单元126将取得处理器总线138的所有权，并初始一个空传输(dummy transaction)，以及在重置微处理器100之前设置区块下一请求信号(BNR#)，而且不重置进阶可编程中断控制器108或区块下一请求产生逻辑电路(BNR#generation logic)134。图2的流程图有详细的操作描述，而以下将先对总线接口单元126进行更详细的描述。

总线接口单元126包括区块下一请求产生逻辑电路134、重置逻辑电路(reset logic)152以及控制寄存器(control register)162。控制寄存器162可被微代码144编程来要求部份重置。在本发明实施例中，控制寄存器162包括一部份重置位146，其提供给一反向器148，其输出将提供给一两输入端口的与门142。与门142也接收从BIU 126内部的重置逻辑电路152所传来的一内部处理器重置讯号136，进而产生一合格重置讯号(qualifiedreset output)154，以提供给总线接口单元126的进阶可编程中断控制108及区块下一请求产生逻辑电路134。内部处理器重置讯号136也会提供给微处理器100中其余元件，当然，其他可轻易思及来产生内部处理器重置讯号136与合格重置讯号154的逻辑电路皆为本发明所保护的范围。

接着，请参考图2，图2为本发明所揭示的部份自我重置微处理器的方法的步骤流程图，其中相关架构请参考图1。流程开始于步骤S202。

首先，步骤S202中，使用者编写微处理器100的特定模块寄存器104以周期性地触发跟踪程序114，例如，每引退N个指令(如100,000个指令)就触发一次。流程前进至步骤S204。

步骤S204中，周期性产生的事件会触发跟踪程序114，跟踪程序114便储存处理器状态158至存储器132。在本发明实施例中，跟踪程序114在储存状态之前，会执行一回写无效(write-back-invalidate)操作(如执行WBINVD指令)。流程前进至步骤S206。

接着，在步骤S206中，跟踪程序114设定部份重置标志，并储存先前所存处理器状态158的存储器地址至存储器132。跟踪程序114随后便告知总线接口单元126进行部份重置操作。流程前进至步骤S208。

在步骤S208中，总线接口单元126在处理器总线138上初始一个空传输，并设置区块下一指令讯号以防止芯片组128在处理器总线138上执行任何传输。流程前进至步骤S212。

再来，步骤S212中，总线接口单元126重置整个微处理器100，除了进阶可编程中断控制器108及区块下一请求产生逻辑电路134之外。也就是说，总线接口单元126设置内部处理器重置讯号136，但不设置合格重置讯号154，以避免重置进阶可编程中断控制器108及区块下一请求产生逻辑电路134。由于总线接口单元126没有重置区块下一请求产生逻辑电路134，因此会持续设置区块下一指令讯号。又由于总线接口单元126没有重置进阶可编程中断控制器108，因此当微处理器100被重置时便不会错过中断讯号。流程前进至步骤S214。

步骤S214中，由于在步骤S212已进行重置的操作，微处理器100会使得重置程序156被执行。重置程序156会命令总线接口单元126取消设置区块下一请求讯号(其已经是正常的重置程序156的一部份，例如，从RESET接脚产生重置讯号就包含这个微代码)。

随后，在步骤S216中，重置程序156检测到部份重置标志已被设定，便把从在步骤S206中所储存在存储器132中的存储器地址予以重新载入处理器状态158。然而，重置程序156不会重新载入进阶可编程中断控制器108的状态，而仅是允许进阶可编程中断控制器108依据重置前的状态来继续回应中断讯号，因此微处理器100并不会错过遗失任何中断讯号。此外，重置程序156将清除部份重置标志。流程前进至步骤S218。

最后，步骤S218中，重置程序156重新执行下一个使用者指令，意即，在步骤S204中跟踪程序114被触发之前所完成的最后指令的下一个使用者指令。微处理器100继续执行使用者指令，直到其他事件触发跟踪程序114时，便回到步骤S204重复上述步骤。

虽然上述实施例是采用周期性驱动跟踪程序114来进行重置，但本发明解决了避免发生错误的问题(bus hang)，因此亦可广义应用于使处理器100自我重置且不会重置到芯片组128的任何情况中。更进一步地，又因为本发明解决了遗失中断讯号的问题，因此还可广义的应用在当微处理器100从先前重置状态(pre-reset state)回复以继续中断的处理的应用中。

再者，本发明虽仅提到x86系列架构的总线(例如，具有区块下一请求信号)，然而其他能产生使处理器重置的讯号的总线亦包括在内，不以本发明所揭示的内容为限。

尽管本发明描述了各种实施例，但不以揭示的内容为限，本领域的技术人员，皆可在不脱离本发明精神的前提下进行变更。例如，软件可实作功能、架构、模块、模拟和/或上述各装置、方法。藉由使用一般程序语言(如C，C++)、硬件描述语言(hardware description languages，HDL)，包括Verilog硬件描述语言等，或其他可用的程序，来实作本发明所述的软件。这样的软件可储存于任何计算机可用的储存媒体，如磁带(magnetic tape)、半导体、磁盘(magnetic disk)、或光盘(optical disc)(例如CD-ROM，DVD-ROM等)、网络、有线/无线或其他通讯媒体。本发明所提的装置及方法实施例可包含于一半导体智能核心(semiconductor intellectual property core)，如处理器核心(例如内嵌于硬件描述语言中)，且可通过集成电路的生产转成硬件形式。此外，本发明所述的装置及方法亦可是硬件和软件的组合，不以所揭示的内容为限。而本发明特别适用于一般用途计算机系统的微处理器装置中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明的权利要求范围内。

Claims (29)

1.一种可部份自我重置的微处理器，包含：

一总线接口单元，用来将该微处理器连接至一总线，其中该总线包括一讯号，当该讯号一被设置时，便命令所有在该总线上的装置不能在该总线上初始化一传输；及

一微代码，用来执行以下操作：

根据检测到的一事件使该总线接口单元设置该讯号至该总线上；

重置该微处理器，但不重置部份用来设置该讯号至该总线的该总线接口单元；及

在该微处理器重置之后，控制该总线接口单元取消设置在该总线上的该讯号。

2.如权利要求1所述的微处理器，是经由该总线来存取一存储器，其中该微代码还用来在重置该微处理器之前，根据检测到的该事件储存该微处理器的一状态至该存储器，并于取消设置该讯号之后，从该存储器中重新载入该微处理器的该状态。

3.如权利要求2所述的微处理器，还包含：

一中断控制器；

其中，当该微代码重置该微处理器时，不会重置该中断控制器。

4.如权利要求3所述的微处理器，其中该微代码在重置该微处理器之前会设定该微处理器内部的一标志，其中，该微代码会判断该标志是否设定，若该标志被设定，则当该微代码从该存储器中重新载入该微处理器的该状态时，不会重新载入该中断控制器的状态。

5.如权利要求4所述的微处理器，其中该微代码判断该标志是否被设定之后，会清除该标志。

6.如权利要求2所述的微处理器，其中该微代码从该存储器中重新载入该微处理器的该状态之后，会重新执行使用者指令。

7.如权利要求1所述的微处理器，其中所检测到的该事件是指自从上次重置后，该微处理器已引退一预定数量的指令。

8.如权利要求1所述的微处理器，其中该讯号为一区块下一请求信号。

9.一种部份自我重置微处理器的方法，其中该微处理器包括一总线接口单元，其用来将该微处理器连接至一总线，其中该总线包括一讯号，当该讯号一被设置，便命令所有在该总线上的装置不能在该总线上初始化一传输，该方法包含：

该微处理器根据检测到的一事件设置该讯号至该总线上；

在设置该讯号之后，该微处理器自我重置，但不重置部份用来设置该讯号至该总线的该总线接口单元；及

重置该微处理器之后，该微处理器取消设置在该总线上的该讯号。

10.如权利要求9所述的方法，其中该微处理器是经由该总线来存取一存储器，该方法还包含：

在重置该微处理器之前，根据检测到的该事件来储存该微处理器的一状态至该存储器；及

于取消设置该讯号之后，从该存储器中重新载入该微处理器的该状态。

11.如权利要求10所述的方法，其中该微处理器包含一中断控制器，其中，当重置该微处理器时，不会重置该中断控制器。

12.如权利要求11所述的方法，还包含：

在重置该微处理器之前，该微处理器设定本身内部的一标志；

其中，重新载入该微处理器的该状态的步骤中，包含判断该标志是否设定，若该标志被设定，则不重新载入该中断控制器的状态。

13.如权利要求12所述的方法，还包含：

判断该标志是否被设定之后，清除该标志。

14.如权利要求10所述的方法，其中储存该微处理的该状态至该存储器以及从该存储器重新载入该状态的步骤是由该微处理器的一微代码执行。

15.如权利要求10所述的方法，还包含：

从该存储器重新载入该微处理器的该状态后，重新执行使用者指令。

16.如权利要求9所述的方法，其中于检测该事件步骤中，包含检测自从上次重置后，该微处理器是否已引退一预定数量的指令。

17.一种微处理器，可用来部份自我重置，包含：

一中断控制器；及

一微代码，用来执行以下操作：

根据检测到的一事件来设定一标志；

根据检测到的该事件来储存该微处理器的一状态至一存储器中；

在设定该标志与储存该状态之后，重置该微处理器而不重置该中断控制器；及

重置该微处理器后，从该存储器重新载入该微处理器的该状态，其中，若该微代码判断该标志被设定，则该微代码不会重新载入该中断控制器的状态。

18.如权利要求17所述的微处理器，其中该微代码判断该标志是否被设定之后，会清除该标志。

19.如权利要求17所述的微处理器，其中该微代码从该存储器中重新载入该微处理器的该状态之后，会重新继续执行使用者指令。

20.如权利要求17所述的微处理器，其中该事件是指自从上次重置后，已引退一预定数量的指令。

21.如权利要求17所述的微处理器，还包含：

一总线接口单元，用来将该微处理器连接至一总线，其中该总线包括一讯号，当该讯号一被设置，便命令所有在该总线上的装置不能在该总线上初始化一传输；

其中该微代码还执行以下操作：

重置该微处理器之前，设置该讯号至该总线上；

当该微处理器自我重置时，不重置部份用来设置该讯号至该总线的该总线接口单元；及

在该微处理器重置之后，取消设置该讯号。

22.如权利要求17所述的微处理器，其中该讯号为一区块下一请求信号。

23.一种部份自我重置微处理器的方法，其中该微处理器包括一中断控制器，该方法包含：

该微处理器根据检测到的一事件在内部设定一标志；

微处理器根据检测到的该事件来储存该微处理器的一状态至一存储器中；

在设定该标志和储存该状态之后，该微处理器自我重置，但不重置该中断控制器；及

在重置该微处理器后，该微处理器从该存储器重新载入该状态，其中，会判断该标志是否设定，若判断该标志被设定，则不会重新载入该中断控制器的状态。

24.如权利要求23所述的方法，还包含：

判断该标志是否被设定之后，清除该标志。

25.如权利要求23所述的方法，其中储存该微处理的该状态至该存储器以及从该存储器重新载入该状态的步骤是由该微处理器的一微代码执行。

26.如权利要求23所述的方法，还包含：

从该存储器重新载入该微处理器的该状态后，继续执行使用者指令。

27.如权利要求23所述的方法，其中于检测该事件步骤中，包含检测自从上次重置后，是否已引退一预定数量的指令。

28.如权利要求23所述的方法，其中该微处理器包括一总线接口单元，其用来将该微处理器连接至一总线，其中该总线包括一讯号，当该讯号一被设置，便命令所有在该总线上的装置不能在该总线上初始化一传输，该方法还包含：

重置该微处理器之前，设置该讯号至该总线上；

当该微处理器自我重置时，不重置部份用来设置该讯号至该总线的该总线接口单元；及

在该微处理器重置之后，取消设置该讯号。

29.如权利要求13所述的方法，其中该讯号为一区块下一请求信号。

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