CN1331043C - 在移动微处理器中支持mmx指令的方法及扩展的微处理器 - Google Patents
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Abstract
一种在移动微处理器中支持MMX指令的方法，在移动微处理器中集成多个MMX专用寄存器，用于存放MMX数据；增加了MMX专用算术逻辑运算部件，用于对MMX数据组进行算术逻辑运算；还在芯片译码器中增加了MMX译码逻辑模块，用于译出MMX指令；根据MMX译码逻辑模块译出的不同MMX指令，采取如下步骤：A.将MMX数据从外部存储器中读入至MMX专用寄存器中；B.将MMX专用寄存器中的数据分组，形成数据组；C.MMX专用算术逻辑运算部件对数据组同时进行算术逻辑运算，并将得到的结果数据写入MMX专用寄存器中；D.将MMX专用寄存器中的结果数据存回所述外部存储器；本发明实现了对MMX指令的支持，解决了移动微处理器在处理视频等对数据进行操作时效率低下的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微处理器，尤其涉及一种在移动微处理器中支持MMX指令的方法及支持MMX指令的移动微处理器。
背景技术
目前常用的移动微处理器指令集已经是工业界的标准之一，它是一种RISC的指令集。其特征包括：指令种类少，寻址方式简化，大量的寄存器操作，大部分指令都是单周期指令。因为移动微处理器指令集中选取的指令都是程序中最常使用的指令，所以执行程序时效率较高。但是随着多媒体技术的不断发展，在对视频数据或音频数据进行操作时经常会遇到需要对大规模的数据或数组进行操作的问题，这时已有的指令就会出现效率低下的问题。为了解决这个问题，Intel公司在1996年推出了一项多媒体指令增强(MMX)技术。该MMX指令集中包括57条多媒体指令，通过这些指令可以一次处理多个数据，在处理结果超过实际处理能力的时候也能进行正常处理，这样在软件的配合下，就能得到更高的性能。MMX技术执行了SIMD(单指令流多数据流)的工作模式，在对数组操作方面有很高的可行性。相比之下，在应用移动微处理器内核进行多媒体处理时，由于移动微处理器是RISC指令集，基本上都是单周期指令，在处理视频或音频中经常出现的数组操作或大规模数据操作时，效率就会比较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：通过在移动微处理器内核中集成对MMX指令的支持，使移动微处理器能执行相应的MMX指令，有效地解决移动微处理器在处理视频或音频中对数据进行操作时效率低下的问题。
本发明的另一目的是提供一种支持MMX指令的移动微处理器。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种在移动微处理器中支持MMX指令的方法，包括以下步骤：在所述移动微处理器中集成多个MMX专用寄存器，用于分组存放MMX数据；在所述移动微处理器的芯片译码逻辑器中增加了MMX译码逻辑模块，用于译出MMX指令；在所述移动微处理器中增加了MMX专用算术逻辑运算部件，用于对MMX数据进行算术逻辑运算；以及根据所述MMX译码逻辑模块译出的不同MMX指令，采取如下步骤：
A、所述MMX数据从外部存储器中读入至所述MMX专用寄存器中；
B、将所述MMX专用寄存器中的MMX数据分组，形成数据组；
C、所述MMX专用算术逻辑运算部件对所述数据组同时进行算术逻辑运算，并将得到的MMX结果数据写入所述MMX专用寄存器中；
D、将所述MMX专用寄存器中的所述MMX结果数据存回所述外部存储器。
所述的方法，其中：在所述的移动微处理器中还增加了一MMX数据缓冲区及一专用的直接存储器存取通道；并且
所述步骤A包括以下具体步骤：
A1、将所述MMX数据由外部存储器通过所述直接存储器存取通道移至所述MMX数据缓冲区内；
A2、将所述MMX数据从所述MMX数据缓冲区转移至所述MMX专用寄存器中；
同时，所述步骤D包括以下具体步骤：
D1、将所述MMX结果数据由所述专用寄存器存回所述MMX数据缓冲区；
D2、将所述MMX数据缓冲区中的MMX结果数据通过所述直接存储器存取通道存回外部存储器中。
所述的方法，其中：所述的MMX专用寄存器采用8个64位寄存器，所述步骤B所述的MMX专用寄存器中的64位数据按字节或半字或字的方式分成64位数据组。
所述的方法，其中：所述步骤C包括如下处理步骤中的一个或几个：
将2个所述64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行加法或减法操作，并将结果保存在所述MMX专用寄存器中；或
将2个所述64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行移位操作，并将结果保存在所述MMX专用寄存器中；或
将2个所述64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行逻辑操作，并将结果保存在所述MMX专用寄存器中；或
将2个所述64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行判断相等操作，并将结果保存在所述MMX专用寄存器中；或
将2个所述64位数MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行乘法操作，并将结果保存在所述MMX专用寄存器中。
所述的方法，其中：所述的数据缓冲区为16KB。
采用上述方法实现的一种支持MMX指令的移动微处理器，包括芯片译码逻辑器、整数寄存器组和整数运算器以及预算运算寄存器和浮点运算器；还包括多个用于存放MMX数据的MMX专用寄存器；及用于对数据组进行运算的MMX专用算术逻辑部件；以及，在所述芯片译码器中增加一MMX译码逻辑模块；当所述MMX译码逻辑模块译出当前指令为MMX指令时，所述MMX专用寄存器及所述MMX专用算术逻辑部件执行MMX指令，对所述MMX数据进行处理。
所述的移动微处理器，其中：所述移动微处理器还包括一MMX数据缓冲区及一专用的直接存储器存取通道；所述MMX数据缓冲区与所述的MMX专用寄存器连接，并且所述MMX数据缓冲区通过所述的直接存储器存取通道与外部存储器交换MMX结果数据。
所述的移动微处理器，其中：所述的MMX专用寄存器采用8个64位寄存器，所述的数据缓冲区为16KB，所述的MMX专用算术逻辑运算部件为8位的运算部件。
本发明的有益效果为：由于采用了上述技术方案，当移动微处理器译码器中的MMX译码逻辑模块译出当前指令是属于MMX指令集时，就只会对MMX的专用寄存器进行操作而不会对移动微处理器基本的寄存器进行更改；并且增加的MMX专用的算术逻辑运算部件，使MMX数据可以并行运行，以便在最短的时间内完成数据操作，实现了对MMX指令的支持，解决了移动微处理器在处理视频或音频中对数据进行操作时效率低下的问题。同时由于MMX指令的操作对象数据量都很大，往往是一帧图像之类，本技术方案为MMX指令集增加了一块16KB的数据缓冲区，使MMX指令执行时只需要与芯片内的缓冲区部分进行数据交换；并且，数据通过专用的直接存储器存取(DMA)通道将数据从外部的存储器中转移到内部的数据缓冲区中，不必占有其它基本指令的执行周期，使扩展后的移动微处理器进一步加快了传输、操作的速度。
附图说明
图1为扩展后的移动微处理器结构
图2为MMX扩展部分的结构
图3为扩展后移动微处理器对于MMX指令处理的流程图
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
由于MMX(多媒体增强指令集)技术可用于对大量数据和复杂数据进行的复杂操作，可以大大提高应用程序对视频和音频数据的处理能力。因此，为了在移动微处理器中能执行MMX指令，如图1所示，本发明在所述移动微处理器内核中集成了多个MMX专用寄存器，用于存放MMX处理数据，MMX专用寄存器可以选择8个64位的MMX专用寄存器，每一个寄存器可以存放8个字节(byte)，4个半字(half-word)或2个字(word)；在所述移动微处理器内核的移动微处理器译码器中增加了MMX译码逻辑模块，用于译出MMX指令，并当MMX译码逻辑模块译出当前指令属于MMX指令集时，就只会对MMX的专用寄存器进行操作而不会对移动微处理器基本的寄存器进行更改；在所述移动微处理器内核中增加了MMX专用算术逻辑运算部件，用于对MMX数据组进行算术逻辑运算，所述的MMX专用算术逻辑运算部件可以用8位的运算部件可配置的一次完成字节，半字以及字的运算。增加了上述部分后，扩展的移动微处理器可以根据所述MMX译码逻辑模块译出的不同的MMX译码指令，采取如下处理步骤：
A、根据MMX数据转移译码指令，将64位处理数据从外部存储器中读入至所述MMX专用64位寄存器中；
B、根据MMX寄存器分组译码指令，将所述MMX专用64位寄存器中的处理数据按字节或半字或字的方式分组，形成数据组；
C、根据MMX运算译码指令，所述MMX专用算术逻辑运算部件对所述数据组同时进行算术逻辑运算，将得到的MMX结果数据写入所述MMX专用寄存器中；
D、根据MMX运算结果写回译码指令，将所述MMX专用寄存器中的所述MMX结果数据存回所述外部存储器。
此时，MMX指令集中包含的指令包括：
清除MMX专用寄存器中的内容；
将64位数据从外部存储器中读入至MMX专用寄存器中，或反向移动；
将64位MMX专用寄存器中的数据按字节(byte)，半字(half-word)或字(word)的方式分组；
将2个64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行加法或减法操作，并将结果保存在MMX专用寄存器中；
将2个64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行移位操作，并将结果保存在MMX专用寄存器中；
将2个64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行逻辑操作，并将结果保存在MMX专用寄存器中；
将2个64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行判断相等操作，并将结果保存在MMX专用寄存器中；
将2个64位数MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行乘法操作，并将结果保存在MMX专用寄存器中。
采用以上的技术方案，实现了对MMX指令的支持，MMX数据可以并行操作运行，解决了移动微处理器在处理视频或音频中对数据进行操作时效率低下的问题。
由于MMX指令的操作对象数据量都很大，往往是一帧图像之类，为了加快它的操作速度，在上述技术方案的基础上，本发明在移动微处理器内核中增加了一块16KB MMX的数据缓冲区(参见图1)，使MMX指令执行时只需要与芯片内的缓冲区部分进行数据交换，增快了速度；同时，处理数据通过专用的DMA通道将数据从外部的存储器中转移到内部的数据缓冲区中，即MMX数据缓冲区是通过专用的DMA通道与外部进行数据交换而不是通过外部总线，因此既加快了传输速度，又不必占有其他基本指令的执行周期。此时，MMX指令集中包含的指令包括：
清除MMX专用寄存器中的内容；
将数据由外部存储器通过DMA通道转移至MMX数据缓冲区，或反向移动；
将64位数据从MMX数据缓冲区转移至MMX专用寄存器中，或反向移动；
将64位MMX专用寄存器中的数据按字节(byte)，半字(half-word)或字(word)的方式分组；
将2个64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行加法或减法操作，并将结果保存在MMX专用寄存器中；
将2个64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行移位操作，并将结果保存在MMX专用寄存器中；
将2个64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行逻辑操作，并将结果保存在MMX专用寄存器中；
将2个64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行判断相等操作，并将结果保存在MMX专用寄存器中；
将2个64位数MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行乘法操作，并将结果保存在MMX专用寄存器中。
此时，MMX扩展部分的结构见图2，扩展后的移动微处理器对于一个完整的需要应用MMX指令应用过程的操作步骤如下：
A1、将所述处理数据由外部存储器通过所述DMA通道移至所述MMX数据缓冲区内；
A2、将64位操作数据通过MMX扩展指令从所述MMX数据缓冲区转移至所述MMX专用寄存器中；
B、根据应用需要，将MMX专用寄存器中的64位处理数据按字节，半字或字方式分组，形成数据组；
C、根据应用需要对64位数据组同时进行算术逻辑运算，并将得到的MMX结果数据写入所述MMX专用寄存器中；
D1、将所述MMX结果数据由所述专用寄存器存回所述MMX数据缓冲区；
D2、将所述MMX数据缓冲区中的结果数据通过所述DMA通道存回外部存储器中。
在上述操作过程中，步骤D1结束后，若整个操作没有完成，返回步骤A2，否则进入步骤D2。
扩展后支持MMX指令的移动微处理器结构见图1，包括芯片译码逻辑器、整数寄存器组和整数运算器以及预算运算寄存器和浮点运算器等；还包括8个用于存放MMX数据的64位MMX专用寄存器；用于对数据组进行运算的MMX专用算术逻辑运算部件；以及在所述芯片译码器中增加一MMX译码逻辑模块；当所述MMX译码逻辑模块译出当前指令为MMX指令时，所述MMX专用寄存器及所述MMX专用算术逻辑运算部件执行MMX指令，对所述MMX数据进行处理。同时，移动微处理器还包括一16KB MMX数据缓冲区及一专用的DMA通道；MMX数据缓冲区与MMX专用寄存器连接，并且所述MMX数据缓冲区通过所述的DMA通道与外部存储器交换MMX结果数据。
扩展后的移动微处理器对于MMX指令处理的流程图见附图3，扩展后的移动微处理器可以运行的具体流程为：
流程开始后，芯片译码逻辑器读取指令，并进行指令译码；
芯片译码逻辑器判断有无整形指令，若有，进行整型指令运算；否则进行下一步；
芯片译码逻辑器判断有无浮点指令，若有，进行浮点指令运算；否则进行下一步；
芯片译码逻辑器判断有无MMX指令，若有，则进一步判断是否为数据转移指令；若为数据转移指令，则将处理数据通过DMA通道从外部存储器转移到内部数据缓冲区内，或反向移动；否则进行下一步；
芯片译码逻辑器判断有无读写MMX寄存器指令，若有，则将处理数据从内部数据缓冲区写入MMX专用寄存器中，或反向移动；否则进行下一步；
芯片译码逻辑器判断有无分组指令，若有，则将MMX专用寄存器中的数据按指令要求分组；否则进行下一步；
根据MMX运算指令，运用相应的MMX运算部件将运算结果写入MMX专用寄存器中；
全部流程结束。
本发明是针对嵌入式系统进行的改进，特别适合用于移动设备的设计中，所采用的上述技术方案实现了对MMX指令的支持，减少了基本指令集与MMX指令集执行过程中执行部件的转换过程，加快了执行速度，解决了移动微处理器在处理视频或音频中对数据进行操作时效率低下的问题。以对图像进行亮度变化为例，传统的移动微处理器操作是将每一个亮度值(8bit)由外部存储器中读入到移动微处理器内核中，进行相应的加减操作，然后将8bit的结果数据存入外部存储器中，这样对于QCIF格式的图像，就需要进行176X144次读取和写入操作，并进行176X144次加减计算。在移动微处理器内核中对MMX指令进行支持以后，只需要进行176X144/8次读取和写入操作以及176X144/8次加减操作以及少许相应的控制操作就可以完成，大大提高了执行效率。在实例中发现，在对图像进行反相或亮度改变的操作中，使用MMX技术可将效率提高50％以上。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1、一种在移动微处理器中支持MMX指令的方法，包括以下步骤：在所述移动微处理器中集成多个MMX专用寄存器，用于分组存放MMX数据；在所述移动微处理器的芯片译码逻辑器中增加了MMX译码逻辑模块，用于译出MMX指令；在所述移动微处理器中增加了MMX专用算术逻辑运算部件，用于对MMX数据进行算术逻辑运算；以及根据所述MMX译码逻辑模块译出的不同MMX指令，采取如下步骤：
A、将所述MMX数据从外部存储器中读入至所述MMX专用寄存器中；
B、将所述MMX专用寄存器中的MMX数据分组，形成数据组；
C、所述MMX专用算术逻辑运算部件对所述数据组同时进行算术逻辑运算，并将得到的MMX结果数据写入所述MMX专用寄存器中；
D、将所述MMX专用寄存器中的所述MMX结果数据存回所述外部存储器。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述的移动微处理器中还增加了一MMX数据缓冲区及一专用的直接存储器存取通道；并且
所述步骤A包括以下具体步骤：
A1、将所述MMX数据由外部存储器通过所述直接存储器存取通道移至所述MMX数据缓冲区内；
A2、将所述MMX数据从所述MMX数据缓冲区转移至所述MMX专用寄存器中；
同时，所述步骤D包括以下具体步骤：
D1、将所述MMX结果数据由所述专用寄存器存回所述MMX数据缓冲区；
D2、将所述MMX数据缓冲区中的MMX结果数据通过所述直接存储器存取通道存回外部存储器中。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的MMX专用寄存器采用8个64位寄存器，所述步骤B所述的MMX专用寄存器中的64位数据按字节或半字或字的方式分成64位数据组。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤C包括如下处理步骤中的一个或几个：
将2个所述64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行加法或减法操作，并将结果保存在所述MMX专用寄存器中；或
将2个所述64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行移位操作，并将结果保存在所述MMX专用寄存器中；或
将2个所述64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行逻辑操作，并将结果保存在所述MMX专用寄存器中；或
将2个所述64位MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行判断相等操作，并将结果保存在所述MMX专用寄存器中；或
将2个所述64位数MMX专用寄存器中对应的数据组同时进行乘法操作，并将结果保存在所述MMX专用寄存器中。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的数据缓冲区为16KB。
6、一种支持MMX指令的移动微处理器，包括芯片译码逻辑器、整数寄存器组和整数运算器以及预算运算寄存器和浮点运算器；其特征在于：还包括多个用于存放MMX数据的MMX专用寄存器；及用于对数据组进行运算的MMX专用算术逻辑运算部件；以及，在所述芯片译码逻辑器中增加一MMX译码逻辑模块；当所述MMX译码逻辑模块译出当前指令为MMX指令时，所述MMX专用寄存器及所述MMX专用算术逻辑运算部件执行MMX指令，对所述MMX数据进行处理。
7、根据权利要求6所述的移动微处理器，其特征在于：所述移动微处理器还包括一MMX数据缓冲区及一专用的直接存储器存取通道；所述MMX数据缓冲区与所述的MMX专用寄存器连接，并且所述MMX数据缓冲区通过所述的直接存储器存取通道与外部存储器交换MMX结果数据。
8、根据权利要求7所述的移动微处理器，其特征在于：所述的MMX专用寄存器采用8个64位寄存器，所述的数据缓冲区为16KB，所述的MMX专用算术逻辑运算部件为8位的运算部件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ANYKA (GUANGZHOU) MICROELECTRONICS TECHNOLOGY CO., Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN ANKAI MICROELECTRONICS TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20100408 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 518057 B608, RESEARCH INSTITUTE OF TSINGHUA UNIVERSITY IN SHENZHEN,SOUTH AREA, SHENZHEN CITY HIGH-TECH INDUSTRY PARK, GUANGDONG PROVINCE TO: 510663 BUILDING 3, AREA C1, INNOVATION BUILDING, NO.182, KEXUE AVENUE, GUANGZHOU SCIENCE CITY, GUANGDONG PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20100408 Address after: 510663, Guangzhou Science City, Guangdong science Road, 182 innovation building, C1 District, 3 floor Patentee after: Anyka (Guangzhou) Microelectronics Technology Co., Ltd. Address before: 518057 Shenzhen Institute of high tech industry, Guangdong, Shenzhen Province, Tsinghua University, B608 Patentee before: Shenzhen Anyka Microelectronics Technology Co., Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 3 / F, C1 area, innovation building, 182 science Avenue, Guangzhou Science City, Guangdong Province, 510663 Patentee after: Guangzhou Ankai Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 3 / F, C1 area, innovation building, 182 science Avenue, Guangzhou Science City, Guangdong Province, 510663 Patentee before: ANYKA (GUANGZHOU) MICROELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 510555 No. 107 Bowen Road, Huangpu District, Guangzhou, Guangdong Patentee after: Guangzhou Ankai Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 3 / F, C1 area, innovation building, 182 science Avenue, Guangzhou Science City, Guangdong Province, 510663 Patentee before: Guangzhou Ankai Microelectronics Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder |