具有功率节省的VLIW处理器制造技术

技术编号:2858498 阅读:160 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种数据处理设备具有指令存储器系统,其被安排为输出能够包含多个指令的指令字,相应的指令字响应于相应的指令地址而被输出。指令执行单元包括多个功能单元,每个能够单元能够与其他的功能单元对指令字中的其它指令的执行并行地执行指令字中的相应指令。提供功率节省电路,以便在其它的功能单元和指令存储器的部分在正常的功率消耗状态内继续处理指令时,将可选择子集的功能单元和/或指令存储器部分切换到功率节省状态。功率节省电路根据程序执行来选择功能单元和/或指令存储器部分。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数据处理设备,诸如VLIW(超长指令字)处理器,它能够并行执行指令字中的多个指令。
技术介绍
VLIW处理器使之能够以高度的指令平行性执行程序。常规地,在每个指令周期内,VLIW处理器提取包含固定数目的大于一个的指令(通常称作操作)的指令字。VLIW处理器在同一指令周期(或多个周期)内并行执行这些操作。为此目的,VLIW处理器包含多个功能单元,每个都能够一次执行指令字中的操作之一。通常提供不同类型的功能单元,例如ALU(算术逻辑单元)、乘法器、转移(branch)控制单元和存储器存取单元等。通常还包括专用的功能单元,被设计为加速特定应用的程序。因而,例如,可以添加用于执行MPEG编码或解码的多个部分的功能单元。在先进的VLIW处理器中,可能存在成百个功能单元。原理上,指令字可以包含并行的用于所有这些功能单元的指令。通常,将功能单元组织成一个或多个功能单元的组,指令字每组提供一个指令。当至少一些组包含一个以上的功能单元时,分组限制了指令字的长度而不减少功能单元的数量。所有的功能单元都不可避免地消耗电源电流。当VLIW处理器包括并行操作的许多功能单元时,因而,出现相当大的功率消耗。这与电池操作设备的要求是不一致的。由于与功耗相关的加热,这还可能增加在单个封装内操作VLIW处理器所需要的冷却措施的成本。美国专利US 5,815,725描述了使用时钟选通来降低微处理器内的功耗。监视器电路监视微处理器是否进入低活动性操作状态,并且如果是如此的话,它将时钟信号选通到微处理器。在US 5,815,725中,时钟选通涉及在唯一部分的时钟周期内禁止时钟信号,因为微处理器必须继续操作。美国专利US 5,661,751描述了期间完全禁止到微处理器的外围设备(UART)的时钟信号的时钟选通。类似地,美国专利US6,345,336描述了部分超高速缓冲存储器的时钟信号的禁止。时钟选通降低了功耗,但是当应用于处理器的指令执行部分时,其缺点在于,它降低了执行指令的能力。显著地,US 5,661,751和US6,345,336将时钟选通应用于外围设备或辅助电路,而不应用于指令执行电路或整个指令存储器。US 5,815,725试图通过仅在部分时钟周期内禁止时钟信号来消除完全禁止微处理器的时钟信号的问题。
技术实现思路
特别地,本专利技术的一个目的是提供一种数据处理设备,其在指令执行期间使用功率节省措施来降低电源消耗,而不降低可以执行指令的速率。本专利技术提供一种根据权利要求1的数据处理设备。该数据处理设备是这样一种类型的诸如VLIW处理器,它处理均包含多个指令的指令字。不同的功能单元并行执行指令字中的指令。根据本专利技术,构建该处理设备,以使之有可能应用功率节省措施,根据程序执行,例如选择性地时钟选通到部分的功能单元和/或存储单元,将指令提供给功能单元或功能单元组中的相应功能单元。在存储单元,尤其能够节省很多功率。本专利技术基于这样的见识,即存在有用的应用程序,其中功能单元的使用随程序段而改变。在这样的应用中,可以事先确定在哪个程序段中将使用哪一些功能单元。例如,在涉及MPEG编码的程序中,仅在特定的程序段内使用用于这种编码内的特定任务的专用功能单元。当处理器执行来自程序段的指令字时,可以使用功率节省来禁止已知在该程序段内将不使用的功能单元和/或存储单元的时钟信号。当指令字包含专用于其中应用功率节省措施的一个功能单元的指令的字段时,该设备也可以自动地将功率节省措施应用于指令存储器部分,当将时钟选通应用于该功能单元时所述指令存储器部分提供该字段。更普遍地,处理设备可以将功率节省措施应用于任何资源,例如专用于应用功率节省措施的功能单元的寄存器堆或外围电路。已经发现在许多有用的应用程序中,不同功能单元的使用是相关的。在不使用一个功能单元的程序段内,也不使用某些相关的功能单元。因此,将这样的功能单元组合成一组并设置电路以致于时钟选通禁止时钟信号到该组内所有的功能单元是有利的。当该组不包含在一个程序段内使用的功能单元时,可以使用时钟选通来禁止时钟信号到该组的所有功能单元。而且,当在每组处理器中共享资源时,还可以将时钟选通应用于资源。附图说明将参考图1更详细地描述根据本专利技术的处理设备和处理方法的这些和其它的目的与优点,其中图1图示一种处理设备。具体实施例方式图1图示一种处理设备,它包含具有存储单元12a-g的存储器系统10、控制器14和指令执行单元7,其中指令执行单元7包含功能单元18a-c的组70a-g、寄存器堆72和指令地址计数器单元74。指令地址计数器单元74具有耦合到控制器14的指令地址输出。控制器14具有耦合到存储单元12a-g和组70a-g的选择输出16。此外,控制器14具有耦合到存储单元12a-g的地址输出。存储单元12a-g具有耦合到相应组70a-g和寄存器堆72的指令输出。寄存器堆具有耦合到组70a-g的操作数/结果输出/输入端口(未单独图示)。组70a-g均包含一个或多个功能单元18a-c(仅明确图示一组功能单元),所有功能单元均具有耦合到控制器14的选择输出16的时钟选通输入、耦合到存储单元12a-g的操作代码输入、耦合到寄存器堆72的操作数输入和耦合到寄存器堆72的结果输出(除了用存储单元12a-g、功能单元18a-c的组70a-g和寄存器堆72之间的单个连接表示的时钟选通输入之外,全部未图示)。这些组中的一组70a-g具有耦合到指令地址计数器单元74的转移地址输出。在操作中,处理设备操作在连续指令周期内。在连续的指令周期内,地址计数器单元74将连续指令的地址输出给控制器14(这些指令将被称为“连续的”,因为连续地执行相应的指令,尽管在转移的情况下地址可能是不连续的)。控制器将从指令地址中推导出的进一步指令地址输出到存储单元12a-g。这些进一步指令地址寻址在存储单元12a-g内的指令存储位置(memory location)。存储单元12a-g将来自这些地址的指令输出给指令执行单元7。从存储单元12a-g输出的指令的组合构成具有用于各种指令的字段的指令字。控制器14还输出被应用于存储单元12a-g的选择信号。每个选择信号表示来自相应存储单元12a-g的指令是否是当前指令周期所需要的。当选择信号表示不需要来自特定存储单元12a-g的指令时,将该存储单元切换到功率节省状态,例如通过禁止在该特定存储单元12a-g内的时钟信号。这些时钟信号包括例如通知存储单元的输出驱动器改变从特定存储单元12a-g输出的指令的时钟信号,或者用于预先充电比特线和/或字线等的时钟信号。当禁止这些时钟信号时,节省了功率,例如因为不需要充电电流用于输出、比特线和/或字线。其它的节省功率的方式包括从功率节省期间不需要保持状态的电路中断开电源。功能单元18a-c的每一组70a-g接收来自相应一个存储单元12a-g的指令和被应用于那个存储单元12a-c的选择信号。该选择信号控制是否将该组功能单元切换到功率节省状态,例如通过禁止在组70a-g中的功能单元18a-c内的时钟信号。被禁止的时钟信号包括例如在来自功能单元18a-c的输出驱动器的输出信号中引起逻辑转换的时钟信号,或者在预先充电的信号线内涉及的时钟信号。而且,某个功能单元包含在禁止时钟时消耗较本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种数据处理设备,该设备包括:指令存储器系统,被安排为输出指令字,能够包含多个指令,相应的指令字响应于相应的指令地址而被输出;指令执行单元,包括多个功能单元,每个功能单元能够与通过其他功能单元对指令字中的其它指令的执行并行执 行该指令字中的相应指令;功率节省电路,被安排为在程序执行期间将可选择子集的功能单元和/或将指令字中的指令提供给功能单元的指令存储器的部分切换到功率节省状态,该功率节省电路被安排为根据程序执行来选择该子集内的功能单元和/或指令存储器的 部分。

【技术特征摘要】
EP 2002-10-11 02079222.21.一种数据处理设备,该设备包括指令存储器系统,被安排为输出指令字,能够包含多个指令,相应的指令字响应于相应的指令地址而被输出;指令执行单元,包括多个功能单元,每个功能单元能够与通过其他功能单元对指令字中的其它指令的执行并行执行该指令字中的相应指令;功率节省电路,被安排为在程序执行期间将可选择子集的功能单元和/或将指令字中的指令提供给功能单元的指令存储器的部分切换到功率节省状态,该功率节省电路被安排为根据程序执行来选择该子集内的功能单元和/或指令存储器的部分。2.根据权利要求1的数据处理设备,其中在所述功率节省状态中禁止时钟信号到该子集内的功能单元和/或指令存储器的部分。3.根据权利要求1的数据处理设备,其中功能单元被组成一个或多个功能单元的组,在每个相应组内的一个或多个功能单元从指令字内的相应指令字段接收指令,每次对于通过该组内的功能单元之一的执行,该功率节省电路选择每组中被切换到功率节省状态的功能单元。4.根据权利要求1的数据处理设备,其中指令存储器系统...

【专利技术属性】
技术研发人员:CA阿巴平托R塞图拉曼B斯里尼瓦桑HJAM佩特斯R佩塞特洛皮斯
申请(专利权)人:皇家飞利浦电子股份有限公司
类型:发明
国别省市:NL[荷兰]

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