CN114020332B - 指令处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种指令处理方法及其装置，涉及计算机技术领域，该方法包括：获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数，将8位立即数存储至目标指令的空闲逻辑寄存器号域中，将目标指令的空闲逻辑寄存器号域在重命名过程中替换为空闲物理寄存器号域，将8位立即数重新存储至空闲物理寄存器号域，将重新存储后的目标指令传输至运算单元的发射队列中，将重新存储后的目标指令从发射队列发射至功能部件，在发射过程中将8位立即数存储至第一源操作数域。不需要将指令的20位立即数全部加载到立即数域，从而将各个流水级传输的立即数域都降为12位，以减少寄存器的使用，降低处理器的面积，节省成本。

Description

指令处理方法及其装置

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种指令处理方法及其装置。

背景技术

现有技术中，指令集架构（Instruction Set Architecture, ISA）按指令格式的复杂度来分，可分为CSIC（complex instruction set computer）复杂指令集计算机和RSIC（reduced instruction set computer）精简指令集计算机两种类型的指令系统。与CSIC相比，RISC结构简单，只包括单时钟周期的精简指令，单时钟周期的指令需要更少的晶体管硬件空间，从而为通用寄存器留出更多空间。其中，RSIC-V是一个具有典型RSIC特征的指令集架构，具有模块化的特点和较强的稳定性以及可扩展性。

目前，随着处理器速度和芯片密度等的不断提高，RSIC系统也日趋复杂，因此如何对RSIC-V指令的实现进行优化设计，节省寄存器使用，降低处理器的面积、节省成本也日趋重要。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种指令处理方法。

本申请的第二个目的在于提出一种指令处理装置。

本申请的第三个目的在于提出一种电子设备。

本申请的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为达上述目的，本申请第一方面提出了一种指令处理方法，包括：获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数；将所述8位立即数存储至所述目标指令的空闲逻辑寄存器号域中；将所述目标指令的所述空闲逻辑寄存器号域在重命名过程中替换为空闲物理寄存器号域；将所述8位立即数重新存储至所述空闲物理寄存器号域；将重新存储后的所述目标指令传输至运算单元的发射队列中；将重新存储后的所述目标指令从所述发射队列发射至功能部件，在所述发射过程中将所述8位立即数存储至第一源操作数域。

根据本申请的一个实施方式，所述第一源操作数域包括所述空闲物理寄存器号域和/或空闲数据域。

根据本申请的一个实施方式，所述将重新存储后的所述目标指令从所述发射队列发射至功能部件，在所述发射过程中将所述8位立即数存储至第一源操作数域包括：将所述8位立即数存储至已读取的所述目标指令的空闲数据域中。

根据本申请的一个实施方式，所述获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数之前，还包括：获取所述指令寄存器中存储的指令；判断所述指令是否为所述目标指令；所述指令为所述目标指令，则执行所述获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数步骤。

根据本申请的一个实施方式，所述判断所述指令是否为所述目标指令，包括：对所述指令中的操作码进行译码，以获取所述指令的类型；根据所述指令的类型判断所述指令是否为所述目标指令。

根据本申请的一个实施方式，所述目标指令为RISC-V指令集指令。

根据本申请的一个实施方式，所述RISC-V指令集指令为U-type指令和/或J-type指令。

为达上述目的，本申请第二方面提出了一种指令处理装置，包括：获取模块，用于获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数；第一存储模块，用于将所述8位立即数存储至所述目标指令的空闲逻辑寄存器号域中；重命名模块，用于将所述目标指令的所述空闲逻辑寄存器号域在重命名过程中替换为空闲物理寄存器号域；第二存储模块，用于将所述8位立即数重新存储至所述至少一个空闲物理寄存器号域；传输模块，用于将重新存储后的所述目标指令传输至运算单元的发射队列中；发射模块，用于将重新存储后的所述目标指令从所述发射队列发射至功能部件，在所述发射过程中将所述8位立即数存储至第一源操作数域。

根据本申请的一个实施方式，所述第一源操作数域包括所述空闲物理寄存器号域和/或空闲数据域。

根据本申请的一个实施方式，所述发射模块，还用于：将所述8位立即数存储至已读取的所述目标指令的空闲数据域中。

根据本申请的一个实施方式，所述获取模块，还用于：获取所述指令寄存器中存储的指令；判断所述指令是否为所述目标指令；所述指令为所述目标指令，则执行所述获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数步骤。

根据本申请的一个实施方式，所述获取模块，进一步用于：对所述指令中的操作码进行译码，以获取所述指令的类型；根据所述指令的类型判断所述指令是否为所述目标指令。

根据本申请的一个实施方式，所述目标指令为RISC-V指令集指令。

根据本申请的一个实施方式，所述RISC-V指令集指令为U-type指令和/或J-type指令。

为达上述目的，本申请第三方面提出了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如本申请第一方面所述的指令处理方法。

为达上述目的，本申请第四方面提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请第一方面所述的指令处理方法。

本申请实施例的指令处理方法，获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数，在目标指令传输至功能部件的过程中，将8位立即数存储至第二源操作数域。本申请实施例不需要将指令的20位立即数全部加载到立即数域，从而将各个流水级传输的立即数域都降为12位，以减少寄存器的使用，降低处理器的面积，节省成本。

附图说明

图1是根据本申请一示例性实施例示出的一种指令处理方法的流程图；

图2是根据本申请一示例性实施例示出的另一种指令处理方法的流程图；

图3是根据本申请一示例性实施例示出的一种指令处理方法中将8位立即数存储至空闲逻辑寄存器号域的示意图；

图4是根据本申请一示例性实施例示出的一种指令处理方法中将8位立即数存储至空闲物理寄存器号域的示意图；

图5是根据本申请一示例性实施例示出的一种指令处理方法中将8位立即数存储至空闲数据域的示意图；

图6是根据本申请一示例性实施例示出的一种指令处理装置的框图；

图7是根据本申请一示例性实施例的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

图1是根据本申请一示例性实施例示出的一种指令处理方法的流程图，如图1所示，该指令处理方法包括以下步骤：

S101，获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数。

本申请实施例的指令处理方法可应用于基于RISC-V指令集处理器中，以减少指令对寄存器的使用。

在RISC-V指令集中包括六种基本指令格式：用于寄存器-寄存器操作的R型指令、用于短立即数和访存load（取数）操作的I型指令、用于访存store（存数）操作的S型指令、用于条件跳转操作的B型指令、用于长立即数的U型指令和用于无条件跳转的J型指令。其中，U型指令（U-type）和J型指令（J-type）具有20位立即数，其它类型中带有立即数的指令具有12位立即数。在本申请实施例中，通过对具有20位立即数的U型指令和J型指令进行指令处理，以降低RISC-V指令在传输及操作中占用的寄存器数量。

在本申请实施例中，从指令寄存器中获取目标指令20位立即数中的8位立即数，其中8位立即数可以是目标指令20位立即数的前8位或者后8位，目标指令可以为RISC-V指令集中的U-type指令或者J-type指令。

S102，在目标指令传输至功能部件的过程中，将8位立即数存储至第二源操作数域。

本申请实施例在目标指令传输至功能部件的过程中，将从目标指令的20位立即数中获取的8位立即数存储至第二源操作数域，其中第二源操作数域包括空闲逻辑寄存器号域和/或空闲物理寄存器号域和/或空闲数据域。本领域技术人员容易理解的是，U-type指令（如AUIPC和LUI）和J-type指令（如JAL）只有立即数和目的操作数地址（即目的寄存器地址），没有源操作数地址，其中，目的操作数存储在目的操作数域rd，本申请实施例将AUIPC、LUI和JAL指令中比其他带有立即数指令（带有12位立即数）多出的8位立即数在指令传输过程中存到第二源操作数域，以此降低这三条指令立即数域的寄存器使用，将各个流水级传输的立即数域都降为12位，从而降低处理器的面积，节省成本。

在本申请实施例中，获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数，在目标指令传输至功能部件的过程中，将8位立即数存储至第二源操作数域。本申请实施例不需要将指令的20位立即数全部加载到立即数域，从而将各个流水级传输的立即数域都降为12位，以减少寄存器的使用，降低处理器的面积，节省成本。

在图1所示实施例的基础上，本申请实施例在步骤S101中“获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数”之前还包括对目标指令的判断过程：获取指令寄存器中存储的指令，判断指令是否为目标指令，指令为目标指令，则执行获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数步骤。

在一些实施例中，处理器将指令从存储器中读取出来送到指令寄存器，指令寄存器中存储有多种类型的指令，例如具有20位立即数的U型指令或者具有12位立即数的I型指令，从指令寄存器中获取指令后判断该指令是否为目标指令。

若为目标指令则获取目标指令20位立即数中的8位立即数以进行指令处理，若不为目标指令，则不做任何处理直接进行后续操作，例如进行指令流水线传输，将指令传输至功能部件，以执行该指令。

作为一种可行的实施方式，可以通过译码器对从存储器中获取的指令中的操作码进行译码，以获取指令的类型，根据指令的类型判断指令是否为目标指令。

在上述实施例的基础上，如图2所示，本申请实施例的指令处理方法具体可包括以下步骤：

S201，获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数。

本申请实施例中步骤S201与上述步骤S101相同，此处不再赘述。

上述步骤S102具体可包括步骤：S202-S206：

S202，将8位立即数存储至目标指令的空闲逻辑寄存器号域中。

在本申请实施例中，目标指令中不包括源操作数对应的源操作数域rs，指令传输和执行的过程中，为与其他非目标指令保持一致，针对目标指令增加了新的逻辑寄存器号域，如图3所示，为目标指令增加了两个逻辑寄存器号域，对于目标指令而言，两个逻辑寄存器号域src1和src2中未存放数据即为两个空闲逻辑寄存器号域，本申请实施例将目标指令的20位立即数（imm20）中的8位立即数（imm8）存储至两个空闲逻辑寄存器号域中，如图3中，本实施例的src1和src2各占5位（5bit），两个空闲逻辑寄存器号域共10位（10bit），将imm8存放至10位（10bit）中的任意8位（8bit）。

S203，将目标指令的空闲逻辑寄存器号域在重命名过程中替换为空闲物理寄存器号域。

具体实施中，由于在对RISC-V指令集中非目标指令执行流水级操作时，根据操作不同会将寄存器号进行重命名，例如，当逻辑寄存器号域不是空闲时，即存放真正的源操作数时，将逻辑寄存器号域重命名为物理寄存器号域。

对应的，目标指令中的空闲逻辑寄存器号域会重新对应于空闲物理寄存器号域，即将目标指令的空闲逻辑寄存器号域在重命名阶段替换为空闲物理寄存器号域。

其中每个物理寄存器号域均占8bit。例如，将空闲逻辑寄存器号域src1和src2在重命名过程中替换为空闲物理寄存器号域psrc1和psrc2。

S204，将8位立即数重新存储至空闲物理寄存器号域。

在本申请实施例中，将获取的8位立即数从空闲逻辑寄存器号域重新存储至空闲物理寄存器号域，如图4所示，本实施例的空闲物理寄存器号域psrc1和psrc2各占8位（8bit），可以将8位立即数imm8存储至空闲物理寄存器号域psrc1中。作为一种可行的实施方式，可以将8位立即数存储至两个空闲物理寄存器号域psrc1和psrc2中的任意8位。本申请不做限定。

S205，将重新存储后的目标指令传输至运算单元的发射队列中。

在本申请实施例中，将重新存储后的目标指令传输至不同运算单元的发射队列中。

S206，将重新存储后的目标指令从发射队列发射至功能部件，在发射过程中将8位立即数存储至第一源操作数域。

实际中，RISC-V指令集中的非目标指令从运算单元的发射队列发射至功能部件后需要基于操作数执行非目标指令。其中可以通过指令发射后再读取寄存器的方式获取操作数，或者通过指令发射前读取寄存器的方式获取操作数。获取操作数的方式不同，对应寄存器号域/数据域的空闲状态和功能不同，因此，在发送目标指令时对应的8位立即数的存储位置也会随之改变。

在一些实施例中，在发射指令之后，非目标指令根据发射队列中的物理寄存器号读取寄存器，从而获取非目标指令的操作数，将该操作数送至功能部件，以执行非目标指令。

对应的，在此种方式下，在发射指令前，目标指令中存储在空闲物理寄存器号域的8位立即数不变更存储位置。指令发射后，非目标指令根据物理寄存器号域读取寄存器，获得非目标指令的操作数存储在数据域，物理寄存号域替换为数据域，此时目标指令中的空闲物理寄存器号域会重新对应于空闲数据域，即将目标指令中存储在空闲物理寄存器号域的8位立即数存储至空闲数据域中，送到功能部件。

在一些实施例中，在发射指令前，非目标指令根据物理寄存器号读取寄存器，将非目标指令的操作数存放在发射队列中，对应的物理寄存器号仅能用于侦听，不再作为数据发射至功能部件。

对应的，在此种方式下，在发射指令前，目标指令中存储在空闲物理寄存器号域的8位立即数需要存储至已读取的目标指令的空闲数据域中，送到功能部件。

如图5所示，将8位立即数存储至已读出的目标指令的空闲数据域data_src1或data_src2中，其中data_src1和data_src2各占64位（64bit），将8位立即数存入其中的8位（8bit）。

综上，本申请实施例将20位立即数的其中8位存入目标指令的空闲寄存器号域（如空闲逻辑寄存器号域或者空闲物理寄存器号域）或空闲数据域，不需要将指令的20位立即数全部加载到立即数域，降低了指令立即数域的寄存器使用，可以降低处理器的面积，节省成本，提高效率。

图6是根据本申请一示例性实施例示出的一种指令处理装置的框图，如图6所示，该指令处理装置800，包括：获取模块801、第一存储模块802、重命名模块803、第二存储模块804、传输模块805和发射模块806。

获取模块801，用于获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数。

第一存储模块802，用于将8位立即数存储至目标指令的空闲逻辑寄存器号域中。

重命名模块803，用于将目标指令的空闲逻辑寄存器号域在重命名过程中替换为空闲物理寄存器号域。

第二存储模块804，用于将8位立即数重新存储至空闲物理寄存器号域。

传输模块805，用于将重新存储后的目标指令传输至运算单元的发射队列中。

发射模块806，用于将重新存储后的目标指令从发射队列发射至功能部件，在发射过程中将8位立即数存储至第一源操作数域。

在本申请实施例中，第一源操作数域包括空闲物理寄存器号域和/或空闲数据域。

在本申请实施例中，发射模块806，还可用于：将8位立即数存储至已读取的目标指令的空闲数据域中。

在本申请实施例中，获取模块801，还可用于：获取指令寄存器中存储的指令；判断指令是否为目标指令；指令为目标指令，则执行获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数步骤。

在本申请实施例中，获取模块801，进一步用于：对指令中的操作码进行译码，以获取指令的类型；根据指令的类型判断指令是否为目标指令。

在本申请实施例中，目标指令为RISC-V指令集指令。

在本申请实施例中， RISC-V指令集指令为U-type指令和/或J-type指令。

需要说明的是，上述对指令处理方法实施例的解释说明，也适用于本申请实施例的指令处理装置，具体过程此处不再赘述。

在本申请实施例中，获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数，将8位立即数存储至目标指令的空闲逻辑寄存器号域中；将目标指令的空闲逻辑寄存器号域在重命名过程中替换为空闲物理寄存器号域；将8位立即数重新存储至空闲物理寄存器号域；将重新存储后的目标指令传输至运算单元的发射队列中；将重新存储后的目标指令从发射队列发射至功能部件，在发射过程中将8位立即数存储至第一源操作数域。本申请实施例将20位立即数的其中8位存入目标指令的空闲寄存器号域（空闲逻辑寄存器号域或者空闲物理寄存器号域）或空闲数据域，不需要将指令的20位立即数全部加载到立即数域，从而将各个流水级传输的立即数域都降为12位，以减少寄存器的使用，降低处理器的面积，节省成本。

为了实现上述实施例，本申请实施例还提出一种电子设备900，如图7所示，该电子设备900具体可包括：存储器901、处理器902及存储在存储器901上并可在处理器902上运行的计算机程序，处理器902执行程序时，实现如上述实施例所示的指令处理方法。

为了实现上述实施例，本申请实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以实现如上述实施例所示的指令处理方法。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种指令处理方法，其特征在于，包括：

获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数；

将所述8位立即数存储至所述目标指令的空闲逻辑寄存器号域中；

将所述目标指令的所述空闲逻辑寄存器号域在重命名过程中替换为空闲物理寄存器号域；

将所述8位立即数重新存储至所述空闲物理寄存器号域；

将重新存储后的所述目标指令传输至运算单元的发射队列中；

将重新存储后的所述目标指令从所述发射队列发射至功能部件，在所述发射过程中将所述8位立即数存储至第一源操作数域；

其中，所述获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数之前，还包括：

获取所述指令寄存器中存储的指令；

判断所述指令是否为所述目标指令；

所述指令为所述目标指令，则执行所述获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数步骤，

所述判断所述指令是否为所述目标指令，包括：

对所述指令中的操作码进行译码，以获取所述指令的类型；

根据所述指令的类型判断所述指令是否为所述目标指令，

所述目标指令为RISC-V指令集指令，所述RISC-V指令集指令为U-type指令和/或J-type指令。

2.根据权利要求1所述的指令处理方法，其特征在于，所述第一源操作数域包括所述空闲物理寄存器号域和/或空闲数据域。

3.根据权利要求1所述的指令处理方法，其特征在于，所述将重新存储后的所述目标指令从所述发射队列发射至功能部件，在所述发射过程中将所述8位立即数存储至第一源操作数域包括：

将所述8位立即数存储至已读取的所述目标指令的空闲数据域中。

4.一种指令处理装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数；

第一存储模块，用于将所述8位立即数存储至所述目标指令的空闲逻辑寄存器号域中；

重命名模块，用于将所述目标指令的所述空闲逻辑寄存器号域在重命名过程中替换为空闲物理寄存器号域；

第二存储模块，用于将所述8位立即数重新存储至所述空闲物理寄存器号域；

传输模块，用于将重新存储后的所述目标指令传输至运算单元的发射队列中；

发射模块，用于将重新存储后的所述目标指令从所述发射队列发射至功能部件，在所述发射过程中将所述8位立即数存储至第一源操作数域；

其中，所述获取模块，还用于：

获取所述指令寄存器中存储的指令；

判断所述指令是否为所述目标指令；

所述指令为所述目标指令，则执行所述获取指令寄存器中目标指令20位立即数中的8位立即数步骤，

所述获取模块，进一步用于：

对所述指令中的操作码进行译码，以获取所述指令的类型；

根据所述指令的类型判断所述指令是否为所述目标指令，

所述目标指令为RISC-V指令集指令，所述RISC-V指令集指令为U-type指令和/或J-type指令。

5.根据权利要求4所述的指令处理装置，其特征在于，所述第一源操作数域包括所述空闲物理寄存器号域和/或空闲数据域。

6.根据权利要求4所述的指令处理装置，其特征在于，所述发射模块，还用于：

将所述8位立即数存储至已读取的所述目标指令的空闲数据域中。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求1-3中任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述的方法。

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