JP5496602B2 - データプロセッサ - Google Patents
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Description
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
実施の形態について更に詳述する。
先ず、第1のコード長例えば16ビットの第1の命令コード(固定長命令コード)から成る第1の命令(固定長命令)と、後続される前記第1の命令コードをプレフィックスコード(例えば16ビット)で修飾した第2のコード長(32ビット)の第2の命令(可変長命令、プレフィックス付き可変長命令)とを、実行可能な命令セットとして有するデータプロセッサについて説明する。ここでは特に、上記第1の命令と第2の命令との双方に対応可能な可変長命令デコードユニットについて説明する。概略的には、既存の固定長命令デコード部に可変長命令デコード部を追加することで、必要時に可変長命令デコード部を動作させ、プレフィックス付きの命令を実行可能に命令デコードユニットを構成する。これにより、既存の固定長命令実行に対する影響は無い。固定長命令実行時はデコード論理の一部である可変長命令デコード部のみ動作を停止させることが可能となり、データプロセッサの低消費電力化に寄与する。さらには可変長命令が不要な場合は、命令デコードユニットの論理合成に際して可変長命令デコード部を削除することも容易になる。以下、詳細に説明する。
図6は論理合成に際して図1のデータプロセッサに対してその機能を縮減した場合の命令フェッチユニット及び命令デコードユニットの例が示される。図1と異なる点は、プレフィックスコードをデコードするための構成が省かれ、命令フェッチユニットの命令レジスタ数も2個に縮減している点である。例えば、データプロセッサの論理合成に際して、RTL(Register Transfer Logic)記述におけるオプション記述、例えば、固定長命令以外の命令セットが不要な時に、固定長命令デコード部以外の論理が合成されず、命令レジスタ数も半減させるようなオプション記述をすることによって、固定長命令セットしか使わないデータプロセッサにおいて、固定長命令デコード部のみが合成されたフェッチユニット及び命令デコードユニットが構成される。図6にはこの例が示される。
図7は論理合成に際して図1のデータプロセッサに対してその機能を縮減した場合のさらに別の命令フェッチユニット及び命令デコードユニットの例が示される。図1と異なる点は、固定長命令だけしか実行できないようにしたものであり、命令レジスタの規模は図1と同等としたものである。例えば、データプロセッサの論理合成に際して、RTL(Register Transfer Logic)記述におけるオプション記述、例えば、固定長命令以外の命令セットが不要な時には、固定長命令デコード部以外の論理が合成されないようなオプション記述をすることなどによって、固定長命令セットしか使わないデータプロセッサにおいて、固定長命令デコード部のみが合成されたフェッチユニット及び命令デコードユニットが構成される。図7にはこの例が示される。
図8は論理合成に際して図1のデータプロセッサに対してその機能を縮減した場合のさらに別の命令フェッチユニット及び命令デコードユニットの例が示される。図1と異なる点は、固定長命令だけしか実行できないようにし、さらに、DB0〜DB3と命令デコーダBDYDEC1,BDYDEC2との間に命令分配回路SDBを配置し、命令レジスタの規模は図1と同等としたものである。上述と同様に、データプロセッサの論理合成に際して、RTL(Register Transfer Logic)記述におけるオプション記述などによって、図8の構成が実現される。
次に、第1のコード長例えば16ビットの第1の命令コード(固定長命令コード)から成る第1の命令(固定長命令)と、後続される前記第1の命令コードをプレフィックスコード(例えば16ビット)で修飾した第2のコード長(32ビット)の第2の命令(プレフィックス付き可変長命令)と、第2のコード長の第2の命令コードから成る第3の命令(非プレフィックス可変長命令、32ビットネイティブ命令、)とを、実行可能な命令セットとするデータプロセッサについて説明する。ここでは特に、上記第1の命令、第2の命令及び第3の命令の夫々に対応可能な可変長命令デコードユニットについて説明する。概略的には、既存の16ビット固定長命令デコード部にプレフィックス付き可変長命令デコード部と非プレフィックス可変長命令デコード部を追加することで、必要に応じてプレフィックス付き可変長命令デコード部又は非プレフィックス可変長命令デコード部を動作させ、プレフィックス付きの命令と非プレフィックス可変長命令を実行可能とするように命令デコードユニットを構成する。これにより、既存の固定長命令実行に対する影響は無い。固定長命令実行時はデコード論理の一部であるプレフィックス付き可変長命令デコード部及び非プレフィックス可変長命令デコード部の動作を停止させることが可能となり、データプロセッサの低消費電力化に寄与する。さらにはプレフィックス付き可変長命令又は非プレフィックス可変長命令が不要な場合は、命令デコードユニットの論理合成に際してそれらに対応する可変長命令デコード部を削除することも容易になる。以下、詳細に説明する。
図12は論理合成に際して図9のデータプロセッサに対してその機能を縮減した場合の命令フェッチユニット及び命令デコードユニットの例が示される。図9と異なる点は、DB0〜DB3と命令デコーダBDYDEC1,BDYDEC2、PRFDEC1,PRFDEC2,32b−Dとの間に命令分配回路SDBEを配置したものである。上述と同様に、データプロセッサの論理合成に際して、RTL(Register Transfer Logic)記述におけるオプション記述などによって、図12の構成が実現される。この場合、命令分配回路SDBEは単なる2次的なバッファであってもよいし、選択信号S0〜S3によって選択動作を行うセレクタSEL0〜SEL3の全体と同様の選択動作を再度行ってもよい。その他の点は実施の形態5と同様であるからその詳細な説明は省略する。
図13は論理合成に際して図9のデータプロセッサに対してその機能を縮減した場合の別の命令フェッチユニット及び命令デコードユニットの例が示される。図9と異なる点は、プレフィックスコードをデコードするための構成が省かれている点である。例えば、データプロセッサの論理合成に際して、RTL(Register Transfer Logic)記述におけるオプション記述、例えば、プレフィックス付き可変長命令の命令セットが不要な時に、プレフィックス付き可変長命令のデコード論理が合成されないようなオプション記述をすることによって、16ビット固定長命令及び非プレフィックス可変長命令の命令セットしか使わないデータプロセッサの命令デコードユニットが構成される。図13にはこの例が示される。特にこの例では、固定長命令のデコーダBDYDEC1がバッファDB0に、固定長命令のデコーダBDYDEC2がバッファDB3に接続されている。この場合、タイミング制御回路STMGEは、図15に例示される態様を実現するように選択信号S0〜S3を生成すればよい。前述同様に16ビット固定長命令を供給するパイプラインPipe1,Pipe2の切換えは制御信号CHGで指示すればよい。その他の点は実施の形態5と同様であるからその詳細な説明は省略する。
図14は論理合成に際して図9のデータプロセッサに対してその機能を縮減した場合のさらに別の命令フェッチユニット及び命令デコードユニットの例が示される。図14の構成は図13に対して、DB0〜DB3と命令デコーダBDYDEC1,BDYDEC2,32b−Dとの間に命令分配回路SDBEを配置したものである。上述と同様に、データプロセッサの論理合成に際して、RTL(Register Transfer Logic)記述におけるオプション記述などによって、図14の構成が実現される。この場合、命令分配回路SDBEは単なる2次的なバッファであってもよいし、選択信号S0〜S3によって選択動作を行うセレクタSEL0〜SEL3の全体と同様の選択動作を再度行ってもよい。選択信号S0〜S3による選択論理は図15で説明した論理と同じである。その他の点は実施の形態5と同様であるからその詳細な説明は省略する。
DEC、DECE 命令デコードユニット
IREG0〜IREG3 命令レジスタ
I0〜I3 フェッチされたコード
A0〜A3 属性信号
S0〜S3 選択信号
DPD0〜DPD3 プリデコーダ
BDYDEC1,BDYDEC2 固定長命令デコーダ
PRFDEC1,PRFDEC2 プレフィックスデコーダ
Pipe1,Pipe2 パイプライン
SEL0〜SEL3、SELA〜SELD セレクタ
Ih,Ii,Ij,Ik 選択されたコード
Ah,Ai,Aj,Ak 選択された属性信号
FPD0〜FPD3、FPDE0〜FPDE3 属性信号を得るプリデコーダ
STMG、STMGE 選択制御回路
MR1〜MR3 モードレジスタ
PRFDECinv プレフィックス無効信号
32bDECinv ネイティブ命令無効信号
32b−D 32ビットフルデコーダ
32UDEC 32ビットフルデコーダの上位論理
32LDEC 32ビットフルデコーダの下位論理
Claims (14)
- データプロセッサであって、
前記データプロセッサは少なくとも2つのモードを有し、
前記少なくとも2つのモードのうちの第1モードでは、前記データプロセッサは、第1の命令長の命令コードからなる第1の命令長の第1の種類の命令のみを実行するものであり、
前記少なくとも2つのモードのうちの第2モードでは、前記データプロセッサは、前記第1の種類の命令と、プレフィックスコードと前記第1の命令長の前記命令コードからなる第2の命令長の第2の種類の命令のいずれをも実行しうるものであり、
前記データプロセッサは、
入力された命令が、前記第1の命令長の前記命令コードか、前記プレフィックスコードかを判定するためのプリデコードを行う第1、第2、第3及び第4プリデコーダと、
第1プレフィックスコードデコード部及び第1固定長命令デコード部を有する第1パイプラインと、
第2プレフィックスコードデコード部及び第2固定長命令デコード部を有する第2パイプラインと、
前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダの出力から一つを選択して前記第1固定長命令デコード部へ出力するための第1セレクタと、
前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダの出力から一つを選択して前記第2固定長命令デコード部へ出力するための第2セレクタと、
前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダの出力から一つを選択して前記第1プレフィックスコードデコード部へ出力するための第3セレクタと、
前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダの出力から一つを選択して前記第2プレフィックスコードデコード部へ出力するための第4セレクタとを有するものであり、
前記第1モードにおいては、
前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダのいずれも、前記第1の命令長の前記命令コードが入力されて、入力された前記第1の命令長の前記命令コードをプリデコードするものであり、
前記第1セレクタは、前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダのそれぞれの出力から1つを選択して前記第1固定長命令デコード部に出力するものであり、
前記第2セレクタは、前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダのそれぞれの出力から1つを選択して前記第2固定長命令デコード部に出力するものであり、
前記第2モードにおいては、
前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダのいずれも、前記第1の命令長の前記命令コードまたは前記プレフィックスコードのいずれかが入力されて、入力された前記第1の命令長の前記命令コードまたは前記プレフィックスコードをプリデコードするものであり、
前記第3セレクタは、前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダのうち、前記プレフィックスコードをプリデコードした1つのプリデコーダの出力を選択して前記第1プレフィックスコードデコード部に出力するものであり、
前記第4セレクタは、前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダのうち、前記プレフィックスコードをプリデコードした他の1つのプリデコーダの出力を選択して前記第2プレフィックスコードデコード部に出力するものであり、
前記第1セレクタは、前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダのうち、前記第1の命令長の前記命令コードをプリデコードした1つのプリデコーダの出力を選択して前記第1固定長命令デコード部に出力するものであり、
前記第2セレクタは、前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダのうち、前記第1の命令長の前記命令コードをプリデコードした他の1つのプリデコーダの出力を選択して前記第2固定長命令デコード部に出力するものである、データプロセッサ。 - 前記第1モードにおいて、前記第1及び第2プレフィックスコードデコード部への電力供給が遮断される、請求項1記載のデータプロセッサ。
- 前記第1、第2、第3及び第4プリデコーダのいずれも、前記入力された命令の属性を示す命令属性信号を出力するものであり、
前記命令属性信号は、少なくとも、前記入力された命令が前記第1の命令長の前記命令コードであることと、前記入力された命令が前記プレフィックスコードであることを示しうるものである、請求項1記載のデータプロセッサ。 - 前記第1モードにおいて、前記第1及び第2プレフィックスコードデコード部の動作を停止し、又は前記第1及び第2プレフィックスコードデコード部を無効化する設定をするためのモードレジスタをさらに有する、請求項1記載のデータプロセッサ。
- 第1のコード長の命令コードから成る第1の命令と、後続される前記命令コードをプレフィックスコードで修飾した第2のコード長の第2の命令とを、実行可能な命令セットとして有するデータプロセッサであって、
複数個を単位として命令をフェッチする命令レジスタ部と、
前記命令レジスタ部にフェッチされた複数個の命令を夫々解読して、前記第1の命令における命令コード、前記第2の命令における命令コード、又は前記第2の命令におけるプレフィックスコードの何れであるかを判別するプリデコーダと、
前記命令レジスタ部にフェッチされた命令の前記命令コードを解読する第1のデコーダと、
前記命令レジスタ部にフェッチされた命令の前記プレフィックスコードをデコードする第2のデコーダと、
前記プリデコーダによる判別結果に基づいて前記命令コードを前記第1のデコーダに供給し前記プレフィックスコードを前記第2のデコーダに供給する選択部と、を有し、
前記選択部は、前記第1の命令に対してはその命令コードを前記第1のデコーダに供給し、前記第2の命令に対してはそのプレフィックスコードを前記第2のデコーダに供給した後に、当該プレフィックスコードで修飾される命令コードを前記第1のデコーダに供給する、データプロセッサ。 - 複数のパイプラインで命令を実行するために前記第1のデコーダ及び第2のデコーダのペアをパイプラインの数に応じて備え、
前記選択部は、前記プリデコーダによる判別結果に基づいて、前記第2の命令を構成する命令コード及びプレフィックスコードを同じパイプラインの第1のデコーダ及び第2のデコーダに供給する制御を行う、請求項5記載のデータプロセッサ。 - 前記第1の命令だけを実行する第1モードにおいて前記第2のデコーダは動作電源の供給が遮断され又は回路動作の非活性化が指示される、請求項5記載のデータプロセッサ。
- 前記プリデコーダは、第1の命令における命令コード、前記第2の命令における命令コード、又は前記第2の命令におけるプレフィックスコードの何れであるかを示す属性信号を出力する、請求項5記載のデータプロセッサ。
- 前記第1の命令だけを実行する第1のモード又は前記第1の命令及び第2の命令の双方を実行する第2のモードを指定するモードレジスタを有する、請求項5記載のデータプロセッサ。
- 第1のコード長の第1の命令コードから成る第1の命令と、後続される前記第1の命令コードをプレフィックスコードで修飾した第2のコード長の第2の命令と、第2のコード長の第2の命令コードから成る第3の命令とを、実行可能な命令セットとするデータプロセッサであって、
複数個を単位として命令をフェッチする命令レジスタ部と、
前記命令レジスタ部にフェッチされた複数個の命令を夫々解読して、前記第1の命令における第1の命令コード、前記第2の命令における第1の命令コード、前記第2の命令におけるプレフィックスコード、又は第3の命令における第2の命令コードの何れであるかを判別するプリデコーダと、
前記命令レジスタ部にフェッチされた前記第1の命令コードを解読する第1のデコーダと、
前記命令レジスタ部にフェッチされた第2の命令の前記プレフィックスコードをデコードする第2のデコーダと、
前記命令レジスタ部にフェッチされた前記第2の命令コードを解読する第3のデコーダと、
前記プリデコーダによる判別結果に基づいて前記第1の命令コードを前記第1デコーダに供給し、前記プレフィックスコードを前記第2のデコーダに供給し、前記第2の命令コードを前記第3デコーダに供給する選択部と、を有し、
前記選択部は、第1の命令に対してはその第1の命令コードを前記第1のデコーダに供給し、前記第2の命令に対してはそのプレフィックスコードを前記第2のデコーダに供給した後に、当該プレフィックスコードで修飾される第1の命令コードを前記第1デコーダに供給し、第3の命令に対してはその第2の命令コードを前記第3のデコーダに供給する、データプロセッサ。 - 複数のパイプラインで命令を実行するために前記第1のデコーダ及び第2のデコーダのペアをパイプラインの数に応じて備え、
前記選択部は、前記プリデコーダによる判別結果に基づいて、前記第2の命令を構成する第1の命令コード及びそれに対応するプレフィックスコードを同じパイプラインの第1のデコーダ及び第2のデコーダに供給する制御を行う、請求項10記載のデータプロセッサ。 - 前記第1の命令だけを実行する動作モードにおいて前記第2のデコーダ及び第3のデコーダは動作電源の供給が遮断され又は回路動作の非活性化が指示され、前記第1の命令及び第2の命令だけを実行する動作モードにおいて前記第3のデコーダは動作電源の供給が遮断され又は回路動作の非活性化が指示される、請求項10記載のデータプロセッサ。
- 前記プリデコーダは、第1の命令における第1の命令コード、前記第2の命令における第1の命令コード、前記第2の命令におけるプレフィックスコード、又は第3の命令における第2の命令コードの何れであるかを示す属性信号を出力する、請求項10記載のデータプロセッサ。
- 前記第1の命令だけを実行する第1モード、前記第1の命令及び第2の命令の双方を実行する第2モード又は前記第1の命令乃至第3の命令の何れも実行する第3モードを指定するモードレジスタを有する、請求項10記載のデータプロセッサ。
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