TW569137B - Variable width instruction alignment engine - Google Patents

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569137 A7 _____Β7 五、發明説明G ) 發明領域 本發明與數位信號處理器有關，尤其，本發明與數位信 號處理器内可變寬度指令校準有關。 發明背景 數位#號處理與數位形式的信號表示法以及使用數字計 算轉換或處理此類信號表示法有關。數位信號處理是一種 許多現今高技術產品（如無線通訊、網路連接及多媒體）領 域中的核心技術。數位信號處理流行的原因之一是，已發 展出可為工程師提供可靠計算功能的低成本、功能強大的 數位信號處理器（DSPs)，使這些產品更便宜且更具效率。 自開發第一個DSPs以來，DSP架構及設計已進展到可執行更 精密視訊速率序列即時處理。 DSPs通常運用在各種多媒體應用，例如，數位視訊、影 像處理夂音訊。DSPs可操作數位信號以建立並開啟此類的 多媒體檔案。 MPEG-1 (Motion Picture Expert Group ;運動圖像專家組）、 MPEG-2、MPEG-4及H.263均屬於數位視訊壓縮標準及檔案格 式。這些標準實現數位視訊信號的高壓縮率，其方式逐一 視訊訊框來儲存主要變化，而不是儲存整個訊框。然後， 可使用一些不同的技術來進一步壓縮視訊資訊。 於壓埯期—間，DSP可用來執行與視訊資訊有關的各種作 業。14些作業可包括運動搜尋及空間插值法演算法。主要 目的是測量鄰接訊框内區塊之間的失真。這些作業屬於計 算密集型作業，並且可能需要高資料總處理能力。 ' " - 1 ―丨丨 — -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) "一""' ---- 569137 A7 B7 五、發明説明（2 ) MPEG標準系列不斷進展，以跟上持續增加的多媒體應用 及檔案頻寬需求。每個新版本的標準均提出更精密的演算 法，使MPEG相符視訊處理設備中使用的DSPs需要更多的處 理需求。 視訊處理設備製造商通常依賴針對依據MPEG和H.263標準 之視訊編碼所自訂的專用積體電路（application specific integrated circuits ; ASICs)。但是，與DSPs相比，ASICs的設計更複雜， 生產成本更高，並且應用彈性更低。 圖式簡單說明 只要詳讀下文中詳細說明並參考隨附的圖式，將可明白 本發明的這些及其他目的及優點。 圖1顯示利用根據本發明一項具體實施例之處理器之行 動視訊裝置的方塊圖。 圖2顯示根據本發明一項具體實施例之信號處理系統的 方塊圖。 圖3顯示根據本發明一項具體實施例之另一種信號處理 系統的方塊圖。 圖4顯示圖1所示之根據本發明一項具體實施例之處理器 之示範性管線階的圖式。 圖5顯示利用根據本發明一項具體實施例之校準多工器 中資料流程的邏輯圖。 圖6顯示根據本發明項具體實施例之指令要求單元的方 塊圖。 詳細說明 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂

線 569137 A7 B7 發明説明（3 圖1顯示包括根據本發明一項具體實施之處理器的行動 視訊裝置100。行動視訊裝置100可能是一種攜帶型裝置， 用以顯示從天線105或數位視訊儲存媒體12〇(例如數位視訊 光碟（digital video disc ; DVD)或記憶卡）接收到之已編輯視訊 信號所產生的視訊影像。處理器110與記憶體115(其可能是 快取記憶體）通訊，其中記憶體可儲存供處理器作業使用 的指令及資料。處理器110可能是微處理器、數位信號處理 器（DSP)、控制受控DSP的微處理器或是具有混合微處理器 / DSP架構的處理器。基於此份說明書目的，下文中將處理 器 110稱為 DSP 110。 DSP 110可執行關於已編碼視訊信號的各種作業，例如， 包括類比轉數位轉換、解調變、濾波、資料復原及解碼。 DSP 110可依據各種數位視訊壓縮標準（如MpEG標準系列及 H.263標準_)的一種標準來解碼已壓縮數位視訊信號。然 後，可將已解碼視訊信號輸入至顯示器驅動器13〇，以在顯 示器125上產生視訊影像。 攜帶型裝置通常具有有限的電源供應。再者，視訊解碼 作業屬於計算密集型作業。因此，在此類裝置中使用之處 理器的優點為是一種相當高速且低功率裝置。 DSP 110可能具有深層的管線化、載入/儲存架構。相對於 非管線化_DSP，藉由採用管線化可增強DSP的性能。管線化 DSP 110的作業方式不是揭取弟一指令、執行第一指令並且 接著拍員取弟一指令’而疋可在執行第一指令時同時揭取第 二指令，藉此改良指令總處理能力。另外，管線化DSp的 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 569137 A7

時脈週期比非管線化DSP的時脈週期短，其中备在 脈週期期_取及執行指^ nrw 此潁的DSP 11〇被運用在視訊攝錄像機、電信會議、p c視 訊卡及高解析度電視（HDTV)中。此外，DSPll〇還可結合利 用數位信號處理的其他技術一起使用，例如，行動電話中 使用的語甘處理、語音辨識及其他應用。 現在凊參考圖2 ,圖中顯示包含根據圖示具體實施例之 DSP 110之信號處理系統2〇〇的方塊圖。一個或一個以上類比 信號可能係由外部來源(例如，天線1〇5)提供給信號調節器 202。信號調節器2〇2可執行有關類比信號的某些預先處理 功把示範性預先處理功能可包括混合數個類比信號、濾 波、放大等等。類比轉數位轉換器（ADQ2〇4可被耦合，以 接收來自於信號調節器2〇2的已預先處理類比信號，並且將 已預先處—理類比信號轉換成由樣本所組成的數位信號，如 上又所述。取樣係依據由信號調節器2〇2接收到之類比信號 的性質所決定的取樣率。DSP 11〇可被耦合以在ADC2〇4的輸 出端接收數位信號。DSP110可對接收到的數位信號執行所 要的信號轉換，產生一個或一個以上輸出數位信號。數位 轉到類比轉換器206可被耦合，以接收來自於Dsp 11〇的輸出 數位信號。DAC 206將輸出數位信號轉換為輸出類比信號。 然後，將-輸-出類比信號轉遞到另一個信號調節器2〇8。信號 調節器208可對該輸出類比信號執行後置處理功能。示範^ 後置處理功能上文提及預先處理功能。請注意，信號調節 器202和208、ADC 204及DAC 206的各種替代方案已眾所皆 569137

知。這些裝置的任何適當組態配置均可耦合至具有Dsp ιι〇 的信號處理系統200。 接著請參考圖3，®中顯示根據另_項具體實施例的信 號處理系統300。在這個具體實施例中，數位接收器3〇2可 被排列，以接收-個或一個以上數位信號，並將接收到的 數位信號轉遞至DSP110。如同圖2所示的具體實施例，Dsp 110可對接收到的數位信號執行所要的信號轉換，產生一個 或一個以上輸出數位信號。可耦合數位信號發射器304，以 接收輸出數位信號。在一項示範性應用中，信號處理系統 300是-種數位音訊裝置，其中數位接收器職信號轉遞 至DSP 110 ’孩信號是儲存在數位儲存裝置12〇上之資料的數 位信號指示。然後，DSP11G處理數位信號，並將產生的輸 出數位信號轉遞至數位發射器3〇4。然後，數位發射器3㈧ 使輸出數-位信號值傳輸至顯示器驅動器13〇，以在顯^器 125上產生視訊影像。 、 圖4所示的管線包括人階’每階均可包括指令掏取術至 403、解碼404、位址計算4〇5、執行條至顿及寫回卿階。可 在一個時脈週期期間擷取指令i，然後在後續時脈週期期 間運算並執行指令i，並且同時擷取新指令例如，丨+1及 i + 2 〇 匕管線化可會引出額外的協調問題，並且會影像處理器性 能。程式流程中的跳躍點（Jumps)會在管線中產生空插槽 或「泡泡」。引發發生執行條件分支或產生：外： 沉或中斷的情況會改變指令的連續流程。發生此類情況之

569137 A7 B7 發明説明（6 ) 後，可在連線程式流程外部擴取指令，使管線中的其餘指 令變成毫無關係。在管線中可採用如資料轉遞、分支預測 及組合有效位元與指令位址之類的方法，以應付這些複雜 度。 圖5顯示利用根據本發明一項具體實施例之校準多工器 中資料流程500的邏輯圖。在資料流程5〇〇中，將指令載入 至記憶體505。記憶體505包括複數個緩衝器510、515，用以 儲存指令。在一項具體實施例中，緩衝器51〇、515是64位 元緩衝器。第一緩衝器510被分割成複數個較小型、1 6位 元緩衝器520、525、530及535。第二緩衝器515也被分割成複 數個較小型、1 6位元緩衝器540、545、550及555。每個較小 型、1 6位元緩衝器520至555均被連接至複數個選擇多工器 560、565、570及575。每個選擇多工器560、565、570及575均被 連接至it-擇線路580，用以選取多工器560、565、570及5乃的 輸出。多工器560、565、570及575均輸出一個1 6位元信號， 其被儲存至複數個正反器585、587、590及592中，以在管線 中使用。 儲存至複數個正反器585、587、590及592中的信號可代表 要在管線中執行的指令。如果指令為丨6位元或更低，則只 有第一正反器585可包含資料。隨著指令大小遞增，則有更 多的正 '器_ 585至592會包含資料。例如，3 2位元指令可具 有在第一正反器585及第二正反器587中的資料，而6 4位元 指令可具有在所有正反器585至592中的資料。 最初’個別指令可在複數個1 6位元緩衝器520至555中分 ________-9- _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) ' 裝 訂

569137 A7 B7 五、發明説明（7 割。例如，64位元指令可從第三緩衝器530開始，並且在 第六緩衝器545結束。圖5所示的校準多工器確保會在管線 中處理這個指令之前先校準指令，其方式是將資料轉遞至 複數個多工器560至575，然後選取適當的資料以傳送至正 反器585 土 592。為了降低泡泡不會被插入至管線中的風 險’ 一旦將緩衝器510、515中所有的指令資料分派管線之 後’校準多工器會重新載入記憶體505中的緩衝器510、 515。在一項具體實施例中，記憶體5〇5可能是快取記憶 體。 " 本發明係使用提供6 4位元或更短指令的6 4位元指令暫存 器進行說明。當然，可使用提供（N位元）或更短指令的任 何大小指令暫存器位元）進行來實現本發明。另外，雖 然本發明係使用兩個緩衝器51〇、515進行說明，但是本發明 可按比例-調整成任何大小，以容納任何數量的緩衝器。 圖ό顯示根據本發明項具體實施例之指令要求單元6〇〇的 方塊圖。在本特定具體實施例中，指令要求單元6〇〇可預查 詢數個週期，以決定緩衝器510、515何時會被清空，以便重 新載入緩衝器510、515，使管線中不會插入任何泡泡。指令 要求單元600的具體實施例將使用2週期的快取等待時間 (latency)來說明。因此，指令要求單元應預查詢2週期，以 確保持續新載入緩衝器510、515。顯而易見，本發明可運 用在具有各種快取等待時間的系統中，並且指令要求單元 600將需要預查詢至少等於快取等待時間的週期數量，以保 確不會插入泡泡。當然’指令要求單元6〇〇可預查詢低於快 ___-10- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 569137

569137 A7 _ B7 五、發明説明（9 ) 塊645，以協助決定已發生從第一緩衝器51〇轉換至第二緩 衝器515。. 第二校準多工器635接收來自於緩衝器51〇,、515，的輸入指 令資料。緩衝器510’、515’可能和緩衝器510、515一樣，或可 能含有新資料。如果緩衝器510、515已用完，則緩衝器 510’、515’可含有下一指令的新資料。第二校準多工器635校 準下一指令，其方式與第一校準多工器615校準第一指令的 方式相同。然後於區塊640預先解決下一指令的寬度，以決 定對應的寬度位元。然後於區塊645，將寬度資訊（next_width) 提供給轉換邏輯。 處理下一指令之後，轉換邏輯決定緩衝器51〇和515任一 緩衝器是否已清空。轉換邏輯645包括當作輸入的下一狀態 位址及下一指令寬度。然後，轉換邏輯645依據下一狀態位 址及指令-寬度來決定在下一指令之後緩衝器51〇和515任一 緩衝器是否已用完。例如，如果指示的下一狀態位址是i 6 位元緩衝器530的起點並且下一指令寬度為6 4位元，則轉 換邏輯645決定從1 6位元緩衝器530、535、540和545取得指 令，以此方式徹底清空第一緩衝器510。然後，轉換邏輯 645可將信號傳送至正反器650，以指示第一緩衝器510可供 重新載入使用，這會產生要求記憶體填滿空的緩衝器51〇。 轉換邏輯645還可決定緩衝器510和515是否已用完，其 方式是比較指標的最高有效位元（MSB)與緩衝器520至555。 例如’ 1 6位元緩衝器520至555均可具有相關的指標。因為 有八個1 6位元緩衝器，所以使用三位元指標來唯一識別每 _ -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 569137 A7

Claims (1)

1. 569137

   ι· 一種於一處理器中校準指令的方法，該方法包括下列步 驟： 杈準一第一指令； 解碼該第一指令的大小； 依據該第一指令的大小來決定一第二指令的起點； 解碼該第二指令的大小； 決定處理該第二指令是否會用盡複數個缓衝器的一個 緩衝器；以及 如果該第二指令是否會用盡該等複數個缓衝器的一個 緩衝器’則指示該等複數個緩衝器的一個緩衝器接收額 外資料。 2.如申清專利範圍第1項之方法，該方法進一步包括將該 等複數個指令儲存於複數個子緩衝器中。 3·如申請_專利範圍第1項之方法，該方法進一步包括比較 遠等複數個子緩衝器之第一子緩衝器之指標的最高有效 位元與該等複數個子緩衝器之第二子緩衝器之指標的最 高有效位元，以決定處理該等複數個指令的一個指令是 否會用盡一個緩衝器。 4·如申請專利範圍第1項之方法，該方法進一步包括在處 理該等指令之前，先橫跨複數個儲存元件來儲存一第一 指令。 5·如申請專利範圍第1項之方法，該方法進一步包括相加 該第一指令大小與目前指令位置，以決定該第二指令的 起點。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 569137 A8 B8 C8 D8 六 申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項之方法，該方法進一步包括預先 校準等於一快取等待時間的週期數量。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，該方法進一步包括於一 數位信號處理器中校準該等指令。 8·如申凊專利範圍第1項之方法，該方法進一步包括向一 記憶體發出一要求，以重新載入該等複數個緩衝器。 9. 一種於一處理器内處理指令的方法，該方法包括下列步 騾： 預測在大約等於一快取等待時間的週期數量期間内的 指令資料是否會用盡複數個緩衝器的一個緩衝器； 如果會用盡該等複數個緩衝器的一個緩衝器，則準備 該等複數個緩衝器的一個緩衝器以重新載入額外指令資 料。 10·如申請_專利範圍第9項之方法，該方法進一步包括： 解碼該指令資料中之一第一指令的大小； 依據該第一指令的大小及位置來決定該指令資料中之 一第二指令的起點； 解碼該第二指令的大小。 11.如申請專利範圍第9項之方法，其中該等複數個緩衝器 被分劃成複數個子緩衝器。 12·如申讀^專利範圍第1 1項之方法，其中完成預測的方式 為’比較該等複數個子緩衝器之第一子緩衝器之指標的 $、 最高有效位元與該等複數個子緩衝器之第二子緩衝器之 指標的最高有效位元，以決定處理該等複數個指令的一 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂 Φ 569137 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 個指令是否會用盡該等複數個緩衝器的_個緩衝器。 13. 如申請專利範圍第9項之方法，該方法進一步包括校準 該指令資料。 14. 如申請專利範圍第9項之方法，該方法造一步包括於一 數位信號處理器中處理該等指令。 15·如申請專利範圍第9項之方法，該方法進一步包括發出 一要求，以重新載入該等複數個緩衝器。 16. —種處理器包括： 複數個緩衝器，其被調整以儲存包含複數個指令的指 令資料； 一指令要求單元，其被調整以校準要執行的該等複數 個指令； 一寬度解碼器，其被調整以決定該等複數個指令的大 小；- 一轉換偵測器，其被調整以預測何時會用盡該等複數 個緩衝器的一個緩衝器，該轉換偵測器被調整以傳送一 信號，用以指示該等複數個緩衝器的一個緩衝器載入一 第二指令資料。 17. 如申請專利範圍第1 6項之處理器，其中該等複數個緩衝 器被分割成複數個子緩衝器。 18·如申請專利範圍第1 6項之處理器，其中該轉換偵測器比 較該等複數個子緩衝器之第一子緩衝器之指標的最高有 效位元與該等複數個子緩衝器之第二子緩衝器之指標的 最高有效位元，以決定處理該等複數個指令的一個指令 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4规格(210 X 297公釐) 569137 A B c D 六、申請專利範圍 是否會用盡一個緩衝器。 19·如申請專利範圍第1 6項之處理器，jl中今老 一中孩處理器預先校 準等於一快取等待時間的週期數量。 20·如申請專利範圍第16項之處理器，其中該處理器是_數 位信號處理器。 21· —種包含駐存在一機器可讀取儲存媒體上之指令的裝 置’用以在一機器系統中使用以在一處理器中校準指 令，該等指令會引發該機器執行下列動作： 於複數個緩衝器中接收含有指令的資料； 解碼一第一指令的大小； 依據該第一指令的大小來決定一第二指令的開始； 解碼該第二指令的大小； 決定處理該第二指令是否會用盡該等複數個緩衝器的 一個緩-衝器；以及 如果該第二指令是否會用盡該等複數個緩衝器的一個 緩衝器’則指示該等複數個緩衝器的一個緩衝器接收額 外資料。 22·如申請專利範圍第2 1項之裝置，其中該等複數個指令被 儲存在複數個子緩衝器中。 23.如申請專利範圍第2 !項之裝置，其中比較該等複數個子 緩衝器之第一子緩衝器之指標的最高有效位元與該等複 數個子緩衝器之第二子緩衝器之指標的最高有效位元， 以決定處理該等複數個指令的一個指令是否會用盡一個 緩衝器。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 569137 8 8 8 8 A B c D 申請專利範圍 24·如申請專利範圍第2 1項之裝置，其中在處理該等指令之 前，先橫跨複數個儲存元件來儲存一第一指令。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)