基于TR600芯片的過程調(diào)用設(shè)計與硬件實現(xiàn)

TR600芯片體系結(jié)構(gòu)采取2種過程調(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)過程和被調(diào)過程的寄存器資源使用時，采用同層調(diào)用；當(dāng)換層調(diào)用時，被調(diào)過程位于主調(diào)過程的下一層寄存器子堆，主調(diào)過程和被調(diào)過程分別控制所在層的寄存器單元，主調(diào)過程將傳遞參數(shù)寫入窗口寄存器．被調(diào)過程則從窗口寄存器取入?yún)?shù)，以當(dāng)前寄存器子堆為存儲空間進(jìn)行運算，并將需要傳遞的運算結(jié)果寫入窗口寄存器．返回主調(diào)過程。如果被調(diào)過程內(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)寫入局部通用寄存器或是窗口寄存器。多重過程調(diào)用同樣遵循這個過程。TR600體系中采用的語音編解碼算法的過程調(diào)用最多涉及到17個子函數(shù)過程和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題。

2 存取算于對存儲體交叉訪問技術(shù)

存取算子對存儲體交叉訪問機(jī)制解決了存取算子訪問局部性與過程調(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)計時，將Is存取算子設(shè)計成與SDRAM存儲體一一對應(yīng)的關(guān)系，這就使得存取算子只能固定訪問單塊存儲體。而對于過程調(diào)用，主調(diào)過程實參傳遞可來自于任意存儲體，被調(diào)過程的形參卻只能指向某一個存儲體．這就要求主調(diào)過程要將實參轉(zhuǎn)移到形參指定的存儲體內(nèi)，才能正確執(zhí)行調(diào)用；而在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移過程中，可能引起數(shù)據(jù)相關(guān)，并且浪費數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移時間。本設(shè)計的解決方法是對LS存取算子做變換，使其能夠訪問所有存儲體，避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，并稱其為存取算子對存儲體的交叉訪問。

為了在過程調(diào)用時使存取算子能夠訪問任意存儲體，使被調(diào)過程形參可以指向任意存儲體，采用在體系中添加段寄存器配置，標(biāo)識存取算子訪問存儲體的信息的方法。因此用戶可以通過設(shè)置段寄存器的值來動態(tài)改變璐存取算子對SDRAM存儲體的訪問關(guān)系。在初始化狀態(tài)，段寄存器中的值表示LS存取算子與存儲體訪問是一一對應(yīng)的，如圖2所示。在存儲體交叉訪問時，過程調(diào)用指令通過重置段寄存器值，改變存取算子與存儲體的對應(yīng)關(guān)系，并在執(zhí)行調(diào)用過程中保持不變，如圖3所示。段寄存器值由過程調(diào)用指令來動態(tài)配置，用戶在使用過程中調(diào)用指令時，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)過譯碼器譯碼產(chǎn)生存儲體控制信息，再經(jīng)過邏輯運算產(chǎn)生每個存儲體的控制信號，包括：輸入輸出數(shù)據(jù)通路選擇信號以及存儲體的使能、讀寫、地址控制信號。

在TR600芯片體系結(jié)構(gòu)中包含5塊獨立編址的SDRAM存儲體，指令體系提供5個LS存取控制算子，分別為LSl控制讀寫RAMl、LS2控制讀寫RAM2……LS5控制讀寫RAM5。相應(yīng)地，體系中提供5個3位段寄存器，標(biāo)識過程調(diào)用時存取算子與存儲體的對應(yīng)關(guān)系?？紤]到語音算法存在多重嵌套過程調(diào)用，每次過程調(diào)用時都可能發(fā)生存儲體交叉訪問的情況，因此設(shè)計了6層段寄存器陣列分別標(biāo)?代表“或”操作識每次調(diào)用時存取算子與Rij表示第i層第j個段寄存器存儲體的對應(yīng)關(guān)系，如圖4所示。執(zhí)行過程調(diào)用指令時，段寄存器被重新配置，同時將過程調(diào)用的嵌套次數(shù)保存在層計數(shù)器。通過對層計數(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。通過段寄存器陣列的變換，實現(xiàn)每個存取算子對存儲體訪問的控制轉(zhuǎn)換．再經(jīng)過段譯碼器譯碼及邏輯運算產(chǎn)生存儲體控制信號。例如，存儲體RAMI使能信號(RAM1_E)可由5個段譯碼器譯碼產(chǎn)生的RAMl控制信號做邏輯“或”運算產(chǎn)生，變換邏輯運算即可以產(chǎn)生存儲體的讀寫信號、地址控制信號和輸入輸出選擇控制信號(本文不做詳細(xì)論述)。

3 技術(shù)特點

(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)計寄存器堆結(jié)構(gòu)，提高了存儲靈活性，適應(yīng)了語音算法在過程調(diào)用中數(shù)據(jù)規(guī)格多樣性的特點；多層窗口寄存器結(jié)構(gòu)和寄存器堆局部可見的特點，解決了過程調(diào)用時的現(xiàn)場保護(hù)和參數(shù)傳遞問題，不需要設(shè)計現(xiàn)場保護(hù)參數(shù)的專用部件，減少了系統(tǒng)的時空開銷。

(2)存儲體交叉訪問機(jī)制采用段寄存器標(biāo)識存取算子與存儲體的對應(yīng)關(guān)系，由過程調(diào)用指令配置段寄存器．避免了因為參數(shù)傳遞而進(jìn)行的存儲體之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移；同時提供了清晰易讀、編程靈活的指令界面，屏蔽了邏輯設(shè)計的復(fù)雜性，方便了用戶指令編程。但過程調(diào)用功能的硬件實現(xiàn)與應(yīng)用環(huán)境及體系結(jié)構(gòu)是密不可分的，設(shè)計者應(yīng)依據(jù)具體情況調(diào)整實現(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)具體算法中過程調(diào)用的最大嵌套層數(shù)而定，存取算子對存儲體的交叉訪問要依據(jù)體系結(jié)構(gòu)提供的指令界面而定等，因為這些設(shè)計都具有靈活性和多樣性。

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