【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于計算機，尤其涉及一種能夠快速處理內存拷貝指令的cpu及其方法。
技術介紹
1、內存拷貝(memcpy)是一種簡單而多樣的操作，一般分為軟件方法和硬件方法兩種實現方式。
2、軟件方式：有很多種代碼可以實現，但是均需要運行一個循環體程序，需重復取指令，功耗更大；同時總體拷貝性能受到指令總線latency的影響；cpu的分支指令預測失敗，會在流水線中引入氣泡，降低執行效率；需要在源地址對齊字節數、目標地址對齊字節數及cpu寄存器寬度中選取最小的值作為單次拷貝最大字節數(n)，對于任意地址的內存拷貝，其延遲波動較大；由于單次拷貝受限于cpu寄存器的最大寬度，無法最大化利用存儲器帶寬，導致內存拷貝效率較低。
3、硬件方式：依賴dma實現，但是dma普遍不支持源/目標地址任意對齊的方式；此外，軟件需等待上次dma完成才可以進行下次dma操作，無法在中斷/線程切換等場景中實現dma掛起，此外，dma屬于非標準類硬件資源，各設計廠商設計的dma使用方式、寄存器地址各不相同，需要保證兼容性的應用程序往往都采用軟件方式進行內存拷貝，例如操作系統、協議棧、系統庫等。
技術實現思路
1、專利技術目的：為了解決現有技術中內存拷貝效率低的問題，本專利技術提供一種能夠快速處理內存拷貝指令的cpu及其方法。
2、技術方案：一種能夠快速處理內存拷貝指令的cpu，包括：
3、指令譯碼器，輸入端輸入cpu指令，輸出端連接通用寄存器的讀端口及內存拷貝控制器，用
4、通用寄存器，連接內存拷貝控制器，用于存儲源地址、目標地址、拷貝結束信息；
5、內存拷貝控制器，包含狀態機，所述狀態機包括空閑狀態、讀狀態、寫狀態，在空閑狀態下，等待接收有效的內存拷貝指令；在讀狀態下，控制總線接口讀取源地址的數據并將數據暫存至緩沖器中；在寫狀態下，控制總線接口將緩沖器中暫存的數據寫至目標地址處；
6、總線接口，連接內存拷貝控制器及緩沖器，且外接外部存儲器；
7、緩沖器，連接內存拷貝控制器；
8、加法器，輸入端連接通用寄存器的讀端口及內存拷貝控制器，輸出端連接通用寄存器的寫端口，用于更新源地址、目標地址；
9、比較器，輸入端連接通用寄存器的讀端口，輸出端連接內存拷貝控制器，用于根據拷貝結束信息判斷拷貝是否完成。
10、進一步地，緩沖器空間為m*2n字節，其中m為正整數，2n為總線接口寬度。
11、進一步地，所述拷貝結束信息為源地址的結束地址、目標地址的結束地址、拷貝總長度中的一種或多種。
12、進一步地，所述狀態機、加法器、總線接口均有一個；占用通用寄存器一個寫端口，用于分時寫入更新后的源地址或目標地址；占用兩個通用寄存器的讀端口，第一讀端口用于讀取拷貝結束信息，第二讀端口用于分時讀取當前的源地址和目標地址；還包括第一選擇器，第一選擇器的兩個輸入端分別輸入源地址寄存器標號、目標地址寄存器標號，控制端連接內存拷貝控制器，輸出端連接通用寄存器的第二讀端口和寫端口；在讀狀態下，第一選擇器輸出源地址寄存器標號；在寫狀態下，第一選擇器輸出目標地址寄存器標號。
13、進一步地，所述狀態機、加法器、總線接口均有兩個，包括用于讀操作的讀狀態機、讀加法器、讀總線接口，用于寫操作的寫狀態機、寫加法器、寫總線接口，讀狀態機包含空閑狀態和讀狀態，寫狀態機包含空閑狀態和寫狀態；占用通用寄存器兩個寫端口，分別用于寫入更新后的源地址、目標地址；占用通用寄存器的三個讀端口，第一讀端口、第二讀端口、第三讀端口分別用于讀取拷貝結束信息、源地址、目標地址。
14、一種使用上述能夠快速處理內存拷貝指令的cpu的快速處理內存拷貝指令的方法，包括以下步驟：
15、內存拷貝控制器的狀態機初始處于空閑狀態；
16、當指令譯碼器接收到有效的內存拷貝指令時，從有效的內存拷貝指令中讀取源地址寄存器標號、目標地址寄存器標號、拷貝結束信息寄存器標號至通用寄存器，同時向內存拷貝控制器發送啟動信號，通用寄存器通過源地址寄存器標號、目標地址寄存器標號、拷貝結束信息寄存器標號得到并輸出源地址、目標地址的初始值及拷貝結束信息；
17、內存拷貝控制器接收到啟動信號時，狀態機跳轉至讀狀態，通過總線接口從源地址讀取數據暫存至緩沖器中，至少讀取一次數據后跳轉至寫狀態；在寫狀態下，通過總線接口按照先入先出的原則，將緩沖器中的數據依次寫入目標地址處，并清除緩沖器中的已寫數據，至少寫一次數據后跳轉至讀狀態；不斷在讀狀態和寫狀態間進行切換，利用加法器更新源地址、目標地址，利用比較器根據拷貝結束信息判斷拷貝是否完成，若拷貝完成則回到空閑狀態。
18、進一步地，在讀狀態下，每次讀取1~2n字節數據；在寫狀態下，每次寫1~2n字節數據，2n為總線接口寬度。
19、進一步地，在讀狀態下，若緩沖器空位小于2n字節，則跳轉至寫狀態，否則保持在讀狀態；在寫狀態下，若緩沖器有效位小于2n字節，則跳轉至讀狀態，否則保持在寫狀態。
20、進一步地，根據拷貝結束信息判斷拷貝是否完成的方法為：
21、在讀狀態下，利用比較器根據源地址、拷貝結束信息預判讀操作是否即將完成，若讀操作即將完成，在讀之后進入清空狀態而不是寫狀態，否則正常執行讀操作并跳轉至寫操作；
22、在清空狀態下，將緩沖器中的數據寫至目標地址處，并將已寫數據清除，直到緩沖器清空，內存拷貝完成。
23、進一步地，若狀態機處于非空閑狀態，內存拷貝控制器接收到指令譯碼器的中斷請求信號或調試信號時，狀態機先跳轉至清空狀態，待狀態機回到空閑狀態后，處理器正常響應中斷或調試請求；若狀態機處于空閑狀態，內存拷貝控制器接收到指令譯碼器的中斷請求信號或調試信號時，處理器正常響應中斷或調試請求；中斷或調試響應過程中，返回程序指針保存為當前內存拷貝指令的程序指針，通用寄存器按照應用程序二進制接口進行軟硬件保存及恢復；中斷或調試退出后，程序指針恢復為返回程序指針，處理器重新執行該內存拷貝指令，并從內存拷貝斷點處繼續執行，完成剩余拷貝。
24、一種使用上述能夠快速處理內存拷貝指令的cpu的快速處理內存拷貝指令的方法，包括以下步驟：
25、內存拷貝控制器的讀狀態機及寫狀態機初始均處于空閑狀態；
26、當指令譯碼器接收到有效的內存拷貝指令時，從有效的內存拷貝指令中讀取源地址寄存器標號、目標地址寄存器標號、拷貝結束信息寄存器標號至通用寄存器，同時向內存拷貝控制器發送啟動信號；通用寄存器通過源地址寄存器標號、目標地址寄存器標號、拷貝結束信息寄存器標號得到并輸出源地址、目標地址的初始值及拷貝結束信息；
27、內存拷貝控制器接收到啟動信號后，讀狀態機跳轉至讀狀態，通過讀總線接口不斷從源地址讀取數據暫存至緩沖器中，利用本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種能夠快速處理內存拷貝指令的CPU，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的能夠快速處理內存拷貝指令的CPU，其特征在于，緩沖器空間為M*2N字節，其中M為正整數，2N為總線接口寬度。
3.根據權利要求1所述的能夠快速處理內存拷貝指令的CPU，其特征在于，所述拷貝結束信息為源地址的結束地址、目標地址的結束地址、拷貝總長度中的一種或多種。
4.根據權利要求1至3任一所述的能夠快速處理內存拷貝指令的CPU，其特征在于，所述狀態機、加法器、總線接口均有一個；占用通用寄存器一個寫端口，用于分時寫入更新后的源地址或目標地址；占用兩個通用寄存器的讀端口，第一讀端口用于讀取拷貝結束信息，第二讀端口用于分時讀取當前的源地址和目標地址；還包括第一選擇器，第一選擇器的兩個輸入端分別輸入源地址寄存器標號、目標地址寄存器標號，控制端連接內存拷貝控制器，輸出端連接通用寄存器的第二讀端口和寫端口；在讀狀態下，第一選擇器輸出源地址寄存器標號；在寫狀態下，第一選擇器輸出目標地址寄存器標號。
5.根據權利要求1至3任一所述的能夠快速處理內存拷貝指令的CPU
6.一種使用如權利要求1-4任一所述的能夠快速處理內存拷貝指令的CPU的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，在讀狀態下，每次讀取1~2N字節數據；在寫狀態下，每次寫1~2N字節數據，2N為總線接口寬度。
8.根據權利要求7所述的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，在讀狀態下，若緩沖器空位小于2N字節，則跳轉至寫狀態，否則保持在讀狀態；在寫狀態下，若緩沖器有效位小于2N字節，則跳轉至讀狀態，否則保持在寫狀態。
9.根據權利要求6至8任一所述的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，根據拷貝結束信息判斷拷貝是否完成的方法為：
10.根據權利要求9所述的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，若狀態機處于非空閑狀態，內存拷貝控制器接收到指令譯碼器的中斷請求信號或調試信號時，狀態機先跳轉至清空狀態，待狀態機回到空閑狀態后，處理器正常響應中斷或調試請求；若狀態機處于空閑狀態，內存拷貝控制器接收到指令譯碼器的中斷請求信號或調試信號時，處理器正常響應中斷或調試請求；中斷或調試響應過程中，返回程序指針保存為當前內存拷貝指令的程序指針，通用寄存器按照應用程序二進制接口進行軟硬件保存及恢復；中斷或調試退出后，程序指針恢復為返回程序指針，處理器重新執行該內存拷貝指令，并從內存拷貝斷點處繼續執行，完成剩余拷貝。
11.一種使用如權利要求5所述的能夠快速處理內存拷貝指令的CPU的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，包括以下步驟：
12.根據權利要求11所述的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，在讀狀態下，每次讀取1~2N字節數據；在寫狀態下，每次寫1~2N字節數據，2N為總線接口寬度。
13.根據權利要求11或12所述的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，判斷讀操作結束的方法為：利用比較器根據源地址、拷貝結束信息判斷讀操作是否完成；
14.根據權利要求13所述的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，若讀狀態機、寫狀態機中至少一個處于非空閑狀態，內存拷貝控制器接收到指令譯碼器的中斷請求信號或調試信號時，讀狀態機先跳轉至空閑狀態，待寫狀態機也跳轉至空閑狀態后，處理器正常響應中斷或調試請求；若讀狀態機、寫狀態機均處于空閑狀態，內存拷貝控制器接收到指令譯碼器的中斷請求信號或調試信號時，處理器正常響應中斷或調試請求；中斷或調試響應過程中，返回程序指針保存為當前內存拷貝指令的程序指針，通用寄存器按照應用程序二進制接口進行軟硬件保存及恢復；中斷或調試退出后，程序指針恢復為返回程序指針，處理器重新執行該內存拷貝指令，并從內存拷貝斷點處繼續執行，完成剩余拷貝。
...【技術特征摘要】
1.一種能夠快速處理內存拷貝指令的cpu，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的能夠快速處理內存拷貝指令的cpu，其特征在于，緩沖器空間為m*2n字節，其中m為正整數，2n為總線接口寬度。
3.根據權利要求1所述的能夠快速處理內存拷貝指令的cpu，其特征在于，所述拷貝結束信息為源地址的結束地址、目標地址的結束地址、拷貝總長度中的一種或多種。
4.根據權利要求1至3任一所述的能夠快速處理內存拷貝指令的cpu，其特征在于，所述狀態機、加法器、總線接口均有一個；占用通用寄存器一個寫端口，用于分時寫入更新后的源地址或目標地址；占用兩個通用寄存器的讀端口，第一讀端口用于讀取拷貝結束信息，第二讀端口用于分時讀取當前的源地址和目標地址；還包括第一選擇器，第一選擇器的兩個輸入端分別輸入源地址寄存器標號、目標地址寄存器標號，控制端連接內存拷貝控制器，輸出端連接通用寄存器的第二讀端口和寫端口；在讀狀態下，第一選擇器輸出源地址寄存器標號；在寫狀態下，第一選擇器輸出目標地址寄存器標號。
5.根據權利要求1至3任一所述的能夠快速處理內存拷貝指令的cpu，其特征在于，所述狀態機、加法器、總線接口均有兩個，包括用于讀操作的讀狀態機、讀加法器、讀總線接口，用于寫操作的寫狀態機、寫加法器、寫總線接口，讀狀態機包含空閑狀態和讀狀態，寫狀態機包含空閑狀態和寫狀態；占用通用寄存器兩個寫端口，分別用于寫入更新后的源地址、目標地址；占用通用寄存器的三個讀端口，第一讀端口、第二讀端口、第三讀端口分別用于讀取拷貝結束信息、源地址、目標地址。
6.一種使用如權利要求1-4任一所述的能夠快速處理內存拷貝指令的cpu的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，在讀狀態下，每次讀取1~2n字節數據；在寫狀態下，每次寫1~2n字節數據，2n為總線接口寬度。
8.根據權利要求7所述的快速處理內存拷貝指令的方法，其特征在于，在讀狀態下，若緩沖器空位小于2n字節，則跳轉至寫狀態，否則保持在讀狀態；在寫狀態下，若緩沖器有效位小于2n字節...
【專利技術屬性】
技術研發人員：闕慶河，楊勇，
申請(專利權)人：南京沁恒微電子股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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