基于TR600芯片的過(guò)程調(diào)用設(shè)計(jì)與硬件實(shí)現(xiàn)

TR600芯片體系結(jié)構(gòu)采取2種過(guò)程調(diào)用方式：同層調(diào)用和換層調(diào)用。當(dāng)一層寄存器子堆滿足主調(diào)過(guò)程和被調(diào)過(guò)程的寄存器資源使用時(shí)，采用同層調(diào)用；當(dāng)換層調(diào)用時(shí)，被調(diào)過(guò)程位于主調(diào)過(guò)程的下一層寄存器子堆，主調(diào)過(guò)程和被調(diào)過(guò)程分別控制所在層的寄存器單元，主調(diào)過(guò)程將傳遞參數(shù)寫(xiě)入窗口寄存器．被調(diào)過(guò)程則從窗口寄存器取入?yún)?shù)，以當(dāng)前寄存器子堆為存儲(chǔ)空間進(jìn)行運(yùn)算，并將需要傳遞的運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入窗口寄存器．返回主調(diào)過(guò)程。如果被調(diào)過(guò)程內(nèi)還含有調(diào)用．可以根據(jù)寄存器使用情況確定是同層調(diào)用還是換層調(diào)用，從而決定傳遞參數(shù)寫(xiě)入局部通用寄存器或是窗口寄存器。多重過(guò)程調(diào)用同樣遵循這個(gè)過(guò)程。TR600體系中采用的語(yǔ)音編解碼算法的過(guò)程調(diào)用最多涉及到17個(gè)子函數(shù)過(guò)程和5重嵌套調(diào)用，而重疊寄存器窗口技術(shù)都可以很好地解決這些問(wèn)題。

2 存取算于對(duì)存儲(chǔ)體交叉訪問(wèn)技術(shù)

存取算子對(duì)存儲(chǔ)體交叉訪問(wèn)機(jī)制解決了存取算子訪問(wèn)局部性與過(guò)程調(diào)用中參數(shù)傳遞的全局性之間的矛盾。由于在指令體系設(shè)計(jì)時(shí)，將Is存取算子設(shè)計(jì)成與SDRAM存儲(chǔ)體一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這就使得存取算子只能固定訪問(wèn)單塊存儲(chǔ)體。而對(duì)于過(guò)程調(diào)用，主調(diào)過(guò)程實(shí)參傳遞可來(lái)自于任意存儲(chǔ)體，被調(diào)過(guò)程的形參卻只能指向某一個(gè)存儲(chǔ)體．這就要求主調(diào)過(guò)程要將實(shí)參轉(zhuǎn)移到形參指定的存儲(chǔ)體內(nèi)，才能正確執(zhí)行調(diào)用；而在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移過(guò)程中，可能引起數(shù)據(jù)相關(guān)，并且浪費(fèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移時(shí)間。本設(shè)計(jì)的解決方法是對(duì)LS存取算子做變換，使其能夠訪問(wèn)所有存儲(chǔ)體，避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，并稱(chēng)其為存取算子對(duì)存儲(chǔ)體的交叉訪問(wèn)。

為了在過(guò)程調(diào)用時(shí)使存取算子能夠訪問(wèn)任意存儲(chǔ)體，使被調(diào)過(guò)程形參可以指向任意存儲(chǔ)體，采用在體系中添加段寄存器配置，標(biāo)識(shí)存取算子訪問(wèn)存儲(chǔ)體的信息的方法。因此用戶可以通過(guò)設(shè)置段寄存器的值來(lái)動(dòng)態(tài)改變璐存取算子對(duì)SDRAM存儲(chǔ)體的訪問(wèn)關(guān)系。在初始化狀態(tài)，段寄存器中的值表示LS存取算子與存儲(chǔ)體訪問(wèn)是一一對(duì)應(yīng)的，如圖2所示。在存儲(chǔ)體交叉訪問(wèn)時(shí)，過(guò)程調(diào)用指令通過(guò)重置段寄存器值，改變存取算子與存儲(chǔ)體的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并在執(zhí)行調(diào)用過(guò)程中保持不變，如圖3所示。段寄存器值由過(guò)程調(diào)用指令來(lái)動(dòng)態(tài)配置，用戶在使用過(guò)程中調(diào)用指令時(shí)，要參照指令格式的要求，在具體指令域裝載段寄存器的配置信息。段寄存器值經(jīng)過(guò)譯碼器譯碼產(chǎn)生存儲(chǔ)體控制信息，再經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算產(chǎn)生每個(gè)存儲(chǔ)體的控制信號(hào)，包括：輸入輸出數(shù)據(jù)通路選擇信號(hào)以及存儲(chǔ)體的使能、讀寫(xiě)、地址控制信號(hào)。

在TR600芯片體系結(jié)構(gòu)中包含5塊獨(dú)立編址的SDRAM存儲(chǔ)體，指令體系提供5個(gè)LS存取控制算子，分別為L(zhǎng)Sl控制讀寫(xiě)RAMl、LS2控制讀寫(xiě)RAM2……LS5控制讀寫(xiě)RAM5。相應(yīng)地，體系中提供5個(gè)3位段寄存器，標(biāo)識(shí)過(guò)程調(diào)用時(shí)存取算子與存儲(chǔ)體的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？紤]到語(yǔ)音算法存在多重嵌套過(guò)程調(diào)用，每次過(guò)程調(diào)用時(shí)都可能發(fā)生存儲(chǔ)體交叉訪問(wèn)的情況，因此設(shè)計(jì)了6層段寄存器陣列分別標(biāo)?代表“或”操作識(shí)每次調(diào)用時(shí)存取算子與Rij表示第i層第j個(gè)段寄存器存儲(chǔ)體的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖4所示。執(zhí)行過(guò)程調(diào)用指令時(shí)，段寄存器被重新配置，同時(shí)將過(guò)程調(diào)用的嵌套次數(shù)保存在層計(jì)數(shù)器。通過(guò)對(duì)層計(jì)數(shù)器輸出的譯碼，產(chǎn)生段寄存器的層控制信息，包括段寄存器使能和段寄存器輸出選擇控制。通過(guò)段寄存器陣列的變換，實(shí)現(xiàn)每個(gè)存取算子對(duì)存儲(chǔ)體訪問(wèn)的控制轉(zhuǎn)換．再經(jīng)過(guò)段譯碼器譯碼及邏輯運(yùn)算產(chǎn)生存儲(chǔ)體控制信號(hào)。例如，存儲(chǔ)體RAMI使能信號(hào)(RAM1_E)可由5個(gè)段譯碼器譯碼產(chǎn)生的RAMl控制信號(hào)做邏輯“或”運(yùn)算產(chǎn)生，變換邏輯運(yùn)算即可以產(chǎn)生存儲(chǔ)體的讀寫(xiě)信號(hào)、地址控制信號(hào)和輸入輸出選擇控制信號(hào)(本文不做詳細(xì)論述)。

3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)TR600芯片體系結(jié)構(gòu)中重疊寄存器窗口技術(shù)采用可重組思想設(shè)計(jì)寄存器堆結(jié)構(gòu)，提高了存儲(chǔ)靈活性，適應(yīng)了語(yǔ)音算法在過(guò)程調(diào)用中數(shù)據(jù)規(guī)格多樣性的特點(diǎn)；多層窗口寄存器結(jié)構(gòu)和寄存器堆局部可見(jiàn)的特點(diǎn)，解決了過(guò)程調(diào)用時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和參數(shù)傳遞問(wèn)題，不需要設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)參數(shù)的專(zhuān)用部件，減少了系統(tǒng)的時(shí)空開(kāi)銷(xiāo)。

(2)存儲(chǔ)體交叉訪問(wèn)機(jī)制采用段寄存器標(biāo)識(shí)存取算子與存儲(chǔ)體的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由過(guò)程調(diào)用指令配置段寄存器．避免了因?yàn)閰?shù)傳遞而進(jìn)行的存儲(chǔ)體之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移；同時(shí)提供了清晰易讀、編程靈活的指令界面，屏蔽了邏輯設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，方便了用戶指令編程。但過(guò)程調(diào)用功能的硬件實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用環(huán)境及體系結(jié)構(gòu)是密不可分的，設(shè)計(jì)者應(yīng)依據(jù)具體情況調(diào)整實(shí)現(xiàn)方案，如窗口寄存器堆的分層數(shù)目及段寄存器的層數(shù)，要根據(jù)具體算法中過(guò)程調(diào)用的最大嵌套層數(shù)而定，存取算子對(duì)存儲(chǔ)體的交叉訪問(wèn)要依據(jù)體系結(jié)構(gòu)提供的指令界面而定等，因?yàn)檫@些設(shè)計(jì)都具有靈活性和多樣性。

本文論述的過(guò)程調(diào)用功能硬件實(shí)現(xiàn)方法也可以為其他應(yīng)用設(shè)計(jì)借鑒，例如．在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，對(duì)多種通信協(xié)議的硬件實(shí)現(xiàn)以及RPC遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的實(shí)現(xiàn)都具有一定的參考價(jià)值。