CN111857832B - 一种超长指令插入判断方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超长指令插入判断方法和系统，包括：采集若干单指令，形成指令集；确定所述指令集中的单指令之间的相关性；根据所述相关性调度组合并列单指令中分步骤的执行顺序；按照所述执行顺序排列，形成指令级并行的超长指令。本发明可后续应用于电力系统自动化设备，满足变电站运行自动化装置应用的要求，能够实现自主研发芯片大规模应用。

Description

一种超长指令插入判断方法及系统
技术领域
本发明属于自动化技术领域，尤其涉及一种超长指令插入判断方法和系统。
背景技术
目前，随着全球能源互联网战略形式的变革，能源资源进入全球配置阶段，能源的边界已经越来越模糊，但是在某些国家，芯片制造业相对起步较晚，相应的信息交互、处理技术越来越受限于发达的国家，已经严重制约全球能源互联网发展。某些国家在核心芯片领域暴露出重大短板，供应链受制于人，给某些国家电力自动化设备的生产和维修带来严重风险。某些国家经过前期国内厂商努力在通用计算芯片方面国内的芯片设计水平和质量与发达国家差距很小，而且性价比更高，但设备在电力系统成套使用方面还存在一些基础性问题，综合系统性未完全凸显。
某些国家芯片的技术指标目前基本能与相关发达国家的芯片持平，但其发热量较大，与先进芯片的能耗管理有较大的差距，尚无相关的资源监控策略，因此，采用合理的芯片生命周期维护对芯片的实际实施尤为重要。
发明内容
本发明提供一种超长指令插入判断方法及系统，其作为低能耗实现方法，且能够后续应用于电力系统自动化设备，满足变电站运行自动化装置应用的要求，为自主研发芯片大规模应用提供实现方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超长指令插入判断方法，包括：
一种超长指令插入判断方法，包括：
采集若干单指令，形成指令集；
确定所述指令集中的单指令之间的相关性；
根据所述相关性调度组合并列单指令中分步骤的执行顺序；
按照所述执行顺序排列，形成指令级并行的超长指令。
进一步的，在指令级并行的超长指令下发前，突发单指令插入后，还包括：判断突发单指令与指令级并行的超长指令的关系：如不存在操作冲突和依赖，则下发指令级并行的超长指令；如存在操作冲突和依赖，将单指令插入超长指令首部下发执行，该单指令优先调度排序，单独执行。
进一步的，所述寄存器操作冲突为：读写冲突、写读冲突或者写写冲突。
进一步的，寄存器操作依赖为：读写依赖、写读依赖或者写写依赖；其中所述依赖是指单指令中的顺序，所述冲突是指并行指令中的顺序。
进一步的，所述单指令包括单个或者多个寄存器操作。
进一步的，确定所述指令集中的单指令之间的相关性，根据所述相关性调度组合并列单指令中分步骤的执行顺序，按照所述执行顺序排列，形成指令级并行的超长指令的步骤，具体包括：
S1、读取指令集中单指令的操作；
S2、将单指令操作展开，获得操作寄存器的编号和操作内容；
S3、将寄存器操作顺序进行组合；
S4、按每个寄存器操作的类型计算其必须的延时；
S5、按指令集分析多个寄存器操作的相互关系；
S6、处理多个寄存器操作预判，按操作顺序和相互关系进行排异，消除寄存器操作间的读写、写读、写写冲突、并对操作重新排序；
S7、重复步骤S1-S6至指令集中所有单指令处理完成，初始化指令集，开辟超长指令空间；
S8、对超长指令空间中单指令的直接相关性和间接相关性判定；
S9、解构赋值，组织超长指令；
S10、输出所述指令级并行的超长指令。
进一步的，步骤S2中，所述操作为队列中的操作或者单指令操作；如操作数量超出指令限制，则记入下一个指令循环。
进一步的，步骤S5中相互关系包括：写读相关、写写相关和读写相关。
一种超长指令插入判断系统，包括处理器以及与所述处理器耦合的存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述方法的方法步骤。
本发明的有益效果：
本发明的可识别冲突的超长指令插入判断方法和判断系统，其作为低能耗实现方法，且能够后续应用于电力系统自动化设备，满足变电站运行自动化装置应用的要求，为自主研发芯片大规模应用提供实现方法；其判断方法采用一种长指令组合方式，将许多条指令连在一条指令中，以实现多个操作的并行执行，减少内存访问；其并行超长指令周期启动，长指令被分为几个字段，每个字段控制相应的部件。由于编译器需要考虑数据相关性，避免冲突，并且尽可能利用并行，完成指令调度，其复杂内容从硬件转移到软件实现，从而能以长指令提高并行操作效率，又不会对突发指令响应过慢，既减少了内存访问，也提高了运行效率；其直击自主研发芯片目前的能耗高、发热量大的问题，提供的电力自动化平台中关键能耗原件内存的生命周期维护技术，提供了可操作的自主研发芯片高效应用场景，指导了电力平台技术方向。其判断系统能够通过计算机程序和处理器实现上述判断方法，使得上述判断方法原则上采用自主研发芯片实现，并设计与之相对应的应用场景，确定一种主动式的自主研发芯片及平台的可识别冲突的超长指令插入判断方法提升指令级并行效率，减少内存访问，填补自主研发芯片及平台能耗损失大的技术短板，延长元器件使用寿命；能够提供电力自动化装置低能耗实现原型，为后续进一步电力系统实例化自动化装置提供了思路，指导了电力通信系统发展的技术方向。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的可识别冲突的超长指令插入判断方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
本发明要解决的技术问题是在自主研发芯片性能与国外芯片持平的基础上，如何克服现有技术中发热量过大的技术缺陷，提供一种超长指令插入判断方法及系统。
低能耗是近几年嵌入式系统设计的难点问题，以牺牲了一部分能耗为代价实现了产品的性能指标，因此，迫切需要在嵌入式平台中研究低能耗降温技术，在目前四统一自动化设备相关标准的基础上，实现主动式低能耗降温技术。
嵌入式装置芯片能耗来源主要来源于时钟能耗、数据通路的能耗、存储器能耗和控制单元I/O接口的能耗，而这些能耗大部分都需要经过内存纽转，产生二次能耗，直接导致内存过热，严重影响内存寿命和整机寿命。
采用一种长指令组合方式，它把许多条指令连在一条指令中，以实现多个操作的并行执行，减少内存访问。
并行超长指令周期启动，长指令被分为几个字段，每个字段控制相应的部件。由于编译器需要考虑数据相关性，避免冲突，并且尽可能利用并行，完成指令调度，其复杂内容从硬件转移到软件实现。
本发明提供一种超长指令插入判断方法，采用该方法后既能以长指令提高并行操作效率，又不会对突发指令响应过慢，既减少了内存访问，也提高了运行效率。本发明所述长指令集约束为单指令字字长为32bit，8个指令组成一个指令包，总字长为256bit；每秒执行8条指令；但并不限于此指令个数和总字长。
实施例1
一种超长指令插入判断方法，包括以下步骤，
第一步，采集若干单指令，形成指令集；
第二步，确定所述指令集中的单指令之间的相关性；
第三步，根据所述相关性调度组合并列单指令中分步骤的执行顺序；
第四步，按照所述执行顺序排列，形成指令级并行的超长指令。
在指令级并行的超长指令下发前，突发单指令插入后，还包括：判断突发单指令与指令级并行的超长指令的关系：如不存在操作冲突和依赖，则下发指令级并行的超长指令；如存在操作冲突和依赖，将单指令插入超长指令首部下发执行，该单指令优先调度排序，单独执行。
所述寄存器操作冲突为：读写冲突、写读冲突或者写写冲突。寄存器操作依赖为：读写依赖、写读依赖或者写写依赖；所述依赖是指单指令中的顺序，所述冲突是指并行指令中的顺序。
该可识别冲突的超长指令插入判断方法中，鉴别指令集中指令间的相关性，并调度组合数据执行顺序，消除指令与指令之间的读写、写读、写写冲突；按照消除寄存器操作冲突后的指令执行顺序形成超长指令的步骤具体参见图1，其操作包括：处理一个操作，含突发操作；展开操作，控制展开次数；处理一个操作；计算操作时间输出延时；然后分析操作关系，再处理多个操作，然后初始化指令；再对操作的相关性进行分析，如是直接相关还是间接相关，然后再解构赋值，然后再组织指令或循环。
实施例2
请参阅图1所示，确定所述指令集中的单指令之间的相关性，根据所述相关性调度组合并列单指令中分步骤的执行顺序，按照所述执行顺序排列，形成指令级并行的超长指令的步骤，具体包括：
S1、处理一个操作：读取指令集中单指令的操作；
S2、展开操作：将单指令操作展开，获得操作寄存器的编号和操作内容；所述操作可以是队列中的操作，也可以是一个单指令操作；突发操作携带其标志位标识符。如操作数量超出指令限制，则记入下一个指令循环；
S3、处理一个操作：将寄存器操作顺序进行组合；
S4、计算操作间间时间输出延时：按每个寄存器操作的类型计算其必须的延时；
S5、分析操作关系：按指令集分析多个寄存器操作的相互关系；
相互关系分为三类：
1.写读相关(rw)：如果b想在a写之前去读数据，读出来的将是旧值。判断错误依据是b在a之前读取数据；
2.写写相关(ww)：当b在a写入数据之前写同一个单元(寄存器或内存地址)时发生写写错误。如写操作以错误的顺序执行，会导致指令结束后的操作得数错误，判断错误依据是在允许多个写操作在流水线中各个阶段都允许发生的情况下，或当允许在前面的指令发生暂停时后续指令继续执行的时；
3.读写相关(wr)：当b先于a改写了a的操作数，则a读的读进一个错误的值。
判断错误依据是在操作队列中某写指令提前完成或某读指令滞后；读读相关(rr)被允许，不做判断；
S6、处理多个操作：处理多个寄存器操作预判，按操作顺序和相互关系进行排异，消除寄存器操作间的读写、写读、写写冲突、并对操作重新排序；
S7、初始化指令，重复步骤2.1-2.6至指令集中所有单指令处理完成，初始化指令集，开辟超长指令空间；
S8、操作相关性分析：对超长指令空间中单指令的直接相关性和间接相关性判定；
S9、解构赋值(由于编译器需要考虑数据相关性，避免冲突，采用并行，完成指令，对于插入突发指令采用优先判断其相关性，优先处理的方式)；
S10、组织超长指令，输出指令级并行的超长指令。
上述实施例的可识别冲突的超长指令插入判断系统，包括处理器，所述处理器嵌合在计算机内，所述计算机内安装有包括数据采集模块、数据分析模块和突发寄存器的计算机程序。
上述实施例的可识别冲突的超长指令插入判断方法，其解决的技术问题是在自主研发芯片性能与发达国家芯片持平的基础上，如何克服现有技术中发热量过大的技术缺陷，提供一种芯片低能耗运行方法。低能耗是近几年嵌入式系统设计的难点问题，由于集成和优化不如欧美芯片制造加工经验丰富，以牺牲了一部分能耗为代价实现了产品的性能指标，因此，迫切需要在嵌入式平台中研究低能耗降温技术，在目前四统一自动化设备相关标准的基础上，实现主动式低能耗降温技术。嵌入式装置芯片能耗来源主要来源于时钟能耗、数据通路的能耗、存储器能耗和控制单元I/O接口的能耗，而这些能耗大部分都需要经过内存扭转，产生二次能耗，直接导致内存过热，严重影响内存寿命和整机寿命。上述实施例的可识别冲突的超长指令插入判断方法，因自主研发芯片工作能耗较高、热量较大，按四统一规范要求自动化设备的维持设备生命周期模块无主动式冷却硬件(如风扇等)必要采用软、硬件相结合的方式保证自主研发芯片的使用寿命和能耗的有效利用。且其他所属电力系统相关自动化装置主动式生命周期维持方法所述内容亦在本专利的保护权利范围以内。
本发明还提供一种超长指令插入判断系统，包括处理器以及与所述处理器耦合的存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述一种超长指令插入判断方法的方法步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超长指令插入判断方法，其特征在于，包括：
采集若干单指令，形成指令集；
确定所述指令集中的单指令之间的相关性；
根据所述相关性调度组合并列单指令中分步骤的执行顺序；
按照所述执行顺序排列，形成指令级并行的超长指令；
确定所述指令集中的单指令之间的相关性，根据所述相关性调度组合并列单指令中分步骤的执行顺序，按照所述执行顺序排列，形成指令级并行的超长指令的步骤，具体包括：
S1、读取指令集中单指令的操作；
S2、将单指令操作展开，获得操作寄存器的编号和操作内容；
S3、将寄存器操作顺序进行组合；
S4、按每个寄存器操作的类型计算其必须的延时；
S5、按指令集分析多个寄存器操作的相互关系；
S6、处理多个寄存器操作预判，按操作顺序和相互关系进行排异，消除寄存器操作间的读写、写读、写写冲突、并对操作重新排序；
S7、重复步骤S1-S6至指令集中所有单指令处理完成，初始化指令集，开辟超长指令空间；
S8、对超长指令空间中单指令的直接相关性和间接相关性判定；
S9、解构赋值，组织超长指令；
S10、输出所述指令级并行的超长指令；
还包括：判断突发单指令与指令级并行的超长指令的关系：如不存在操作冲突和依赖，则下发指令级并行的超长指令；如存在操作冲突和依赖，将单指令插入超长指令首部下发执行，该单指令优先调度排序，单独执行。
2.根据权利要求1所述的一种超长指令插入判断方法，其特征在于，所述操作冲突为：读写冲突、写读冲突或者写写冲突。
3.根据权利要求1所述的一种超长指令插入判断方法，其特征在于，所述依赖为：读写依赖、写读依赖或者写写依赖；其中所述依赖是指单指令中的顺序，所述操作冲突是指并行指令中的顺序。
4.根据权利要求1所述的一种超长指令插入判断方法，其特征在于，所述单指令包括单个或者多个寄存器操作。
5.根据权利要求1所述的一种超长指令插入判断方法，其特征在于，步骤S2中，所述操作为队列中的操作或者单指令操作；如操作数量超出指令限制，则记入下一个指令循环。
6.根据权利要求1所述的一种超长指令插入判断方法，其特征在于，步骤S5中相互关系包括：写读相关、写写相关和读写相关。
7.一种超长指令插入判断系统，其特征在于，处理器以及与所述处理器耦合的存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述一种超长指令插入判断方法的方法步骤。
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