堆栈式寄存器堆及其控制方法

1.一种堆栈式寄存器堆，其特征在于包括：
一个栈顶寄存器组，包括k个连接在一起的通用寄存器，每个通用 寄存器的预定字长为2n位，最小操作单元长度为2n-m位，其中k、m和 n为自然数，且满足k≥2，0≤m＜n，m表示所述堆栈式寄存器堆能够自动 识别和存储的预定字长小于2n的数据的种类数，此时宽度为2n的堆栈可 以自动识别的数据宽度为2n-m+i(0≤i≤m，i为自然数)，在入栈操作时，栈 顶寄存器组中的第一个2n-m+i(0≤i≤m)位的存储单元为堆栈的入口，在出栈 操作时，该栈顶寄存器中每一个寄存器的值都可以通过指令直接读出；
一个寄存器堆，包括2l(l≥0)个寄存器，每个寄存器的预定字长和最 小操作单元长度都为2n位；
一个数据缓冲寄存器，连接在栈顶寄存器组与寄存器堆之间，用于 对在其间传送的位数小于2n的数据进行缓存，该数据缓冲寄存器的字长 为(2m-1)2n-m位，最小操作单元宽度为2n-m位；
一个计数器，用于记录栈顶寄存器组以及数据缓冲寄存器中寄存的 2n-m位数据的个数，计数器的最大计数值为(k·2m+2m-1)；以及
一个寄存器堆地址指针生成部件，响应于出/入栈指令和计数器的计 数值，生成用于读/写寄存器堆中相应寄存器的地址指针。
2.根据权利要求1所述的堆栈式寄存器堆，其特征在于在栈操作 方式中，当计数器中的计数值大于等于k·2m时，寄存器堆的栈顶数据与 栈顶寄存器组的栈底数据保持一致。
3.一种对如权利要求1所述的堆栈式寄存器堆进行控制的方法， 包括以下步骤：
(1)将栈顶寄存器组中的k个寄存器、计数器、以及寄存器堆中 2l个寄存器复位为0；
(2)用一定宽度的指令编码来表示操作数的宽度和数据的操作方 式是出栈还是入栈，指令的编码满足条件2p≥2(m+1)，其中p为栈操作指 令编码的宽度，p为自然数，编码方式可以自行定义；
(3)计数器根据栈操作指令和计数器的初值进行计数，操作数据 宽度2n-m+i(0≤i≤m)，包括：
(31)进栈操作时，
  (311)当寄存器堆中没有数据时，
    (3111)计数器的初值count＜((k·2m+2m-1)-2i)时，新的计数 值count＝count+2i；
    (3112)计数器的初值count≥((k·2m+2m-1)-2i)时，新的计数 值count＝count+2i-2m；
    (312)当寄存器堆中有数据时，新的计数值 count＝count+2i-2m；
    (32)出栈操作时，
      (321)当寄存器堆中没有数据时，新的计数值count＝count-2i；
      (322)当寄存器堆中有数据时，
        (3221)计数器的初值count≥(k·2m+2i)时，新的计数值 count＝count-2i，
        (3222)计数器的初值count＜(k·2m+2i)时，新的计数值 count＝count-2i+2m；
(4)响应于步骤(3)中的计数值，完成数据在堆栈式寄存器堆中 的入/出栈操作，在栈顶寄存器组中的数据以2i个2n-m位寄存器为单位顺 序出/入栈，栈顶寄存器组与寄存器堆以2n位为单位交换数据，具体操作 步骤为：
(41)入栈操作，
    (411)当计数器初始值count满足条件：count＜(k·2m-2i)时， 在栈顶寄存器组中的数据以2i个n-m位寄存器为单位顺序压入，栈顶寄 存器组和寄存器堆之间无数据交换，栈指针不动；
    (412)当计数器初始值count满足条件：(k·2m-2i)≤count＜(k·2m) 时，栈顶寄存器组中最后2m个2n-m位数据组合在一起形成一个2n位数据， 作为寄存器堆的输入数据，该数据在进入寄存器堆的同时写入其后的栈 顶寄存器组和数据缓冲寄存器，数据写入寄存器堆中原地址指针的减一 值所指向的存储单元，数据第一次进入寄存器堆时数据写入地址指针初 值所指向的单元；
    (413)当计数器初始值count满足条件：count≥k·2m时，栈顶 寄存器组中倒数第二个2n位数据作为寄存器堆的输入数据，该数据在进 入寄存器堆的同时覆盖其后的栈顶寄存器组和数据缓冲寄存器，数据写 入寄存器堆中原地址指针的减一值所指向的存储单元；
  (42)出栈操作时，
    (421)当寄存器堆中无数时，栈顶寄存器组和数据缓冲寄存器 中的数据以2i个2n-m位寄存器为单位顺序弹出，栈顶寄存器组和寄存器 堆之间无数据交换，栈指针不动；
  (422)当寄存器堆中有数时，
    (4221)当计数器初始值count满足条件：count≥k·2m+2i时， 栈顶寄存器组和数据缓冲寄存器中的数据以2i个2n-m位寄存器为单位顺 序弹出，栈顶寄存器组和寄存器堆之间无数据交换，栈指针不动；
    (4222)当计数器初始值count满足条件： k·2m≤count＜(k·2m+2i)时，栈顶寄存器组和数据缓冲寄存器中的数据以2i 个2n-m位寄存器为单位顺序弹出的同时，寄存器堆中原地址指针的加一 值所指向的存储单元中的那个2n位数据弹出，出栈数据按照先进后出的 原则排列在栈顶寄存器组和数据缓冲寄存器中。

技术领域\n本发明涉及计算机微处理器，并且更具体地涉及在计算机微处理器中 采用的堆栈式寄存器堆及其控制方法。\n背景技术\n在计算机微处理器的各种操作中，经常需要处理不同字长的数据。一 方面是因为不同类型的数据本身具有不同的字长，如字符型、整型、单精 度浮点数、双精度浮点数等。另一方面，由于计算机微处理器技术的发展， 微处理器字长不断升位，现代微处理器为了保持兼容性，需要处理以前各 代产品中较短字长的数据。\n在现有的微处理器中，对于较短字长的数据的存储方式有两种。一种 是硬件的方式，如微处理器字长升位以后，为了兼容较低字长的数据处理， 通常在原数据的基础上进行符号扩展得到升位字长的数据，直接替代原有 字长的数据。另一种是软件的方式，在编译过程中，通过一定的算法给不 同字长的数据分配相应的存储单元。\n采用传统的硬件处理方式处理较低字长的数据，结果往往造成升位字 长的微处理器的字长利用率低，并且会增加处理过程资源的开销，如浪费 寄存器和外部寄存器堆资源、占用数据通路、增加总线传输和不必要的升 位补齐操作等，硬件控制的复杂度也随之增大。采用软件的方式虽然可以 解决微处理器的字长利用率低的问题，但分析过程复杂，编译的难度大。\n因而，现有技术中存在着对不同字长数据进行自动识别和操作的需 要。\n发明内容\n本发明的第一目的是提供一种堆栈式寄存器堆，借助这种堆栈式寄存 器堆，可以对不同字长的数据进行自动识别和操作。\n本发明的第二目的是提供上述堆栈式寄存器堆的控制方法，使不同字 长的数据在堆栈式寄存器堆中按照先进后出(FILO)的方式进/出栈。\n为实现上述第一目的，本发明提供一种堆栈式寄存器堆，其特征在于 包括：\n一个栈顶寄存器组，包括k个连接在一起的通用寄存器，每个通用寄 存器的预定字长为2n位，最小操作单元长度为2n-m位，其中k、m和n为 自然数，且满足k≥2，0≤m＜n，m表示所述堆栈式寄存器堆能够自动识别 和存储的预定字长小于2n的数据的种类数，此时宽度为2n的堆栈可以自动 识别的数据宽度为2n-m+i(0≤i≤m，i为自然数)，在入栈操作时，栈顶寄存器 组中的第一个2n-m+i(0≤i≤m)位的存储单元为堆栈的入口，在出栈操作时， 该栈顶寄存器中每一个寄存器的值都可以通过指令直接读出；\n一个寄存器堆，包括2l(l≥0)个寄存器，每个寄存器的预定字长和最小 操作单元长度都为2n位；\n一个数据缓冲寄存器，连接在栈顶寄存器组与寄存器堆之间，用于对 在其间传送的位数小于2n的数据进行缓存，该数据缓冲寄存器的字长为 (2m-1)2n-m位，最小操作单元宽度为2n-m位；\n一个计数器，用于记录栈顶寄存器组以及数据缓冲寄存器中寄存的 2n-m位数据的个数，计数器的最大计数值为(k·2m+2m-1)；以及\n一个寄存器堆地址指针生成部件，响应于出/入栈指令和计数器的计 数值，生成用于读/写寄存器堆中相应寄存器的地址指针。\n为实现上述第二目的，本发明提供一种对堆栈式寄存堆进行控制的方 法，使得不同字长(字长为2n-m+i(0≤i≤m))的数据可以按照先进后出(FILO) 的方式进行压栈和弹栈。该堆栈式寄存器堆包括：一个栈顶寄存器组，包 括k(k≥2，k为自然数)个连接在一起的通用寄存器，作为堆栈式寄存器 堆的栈顶，每个通用寄存器具有预定字长2n，最小操作单元的宽度2n-m位 (0≤m＜n，m、n均为自然数)；一个寄存器堆，包括2l(l≥0)个寄存器，每个 寄存器具有预定字长2n位，用于存储来自栈顶寄存器组和数据缓冲寄存器 中的数据；一个数据缓冲寄存器，连接在栈顶寄存器组与寄存器堆之间， 用于对在其间传送的位数小于预定字长的数据进行缓存，字长为(2m-1)2n-m位； 一个计数器，以2n-m位为单位记录栈顶寄存器组和数据缓冲寄存器中寄存的 有效数据的个数，可以完成加减2i操作，计数器的最大计数值为 (k·2m+2m-1)，计数器的计数值为2进制时，满足关系2q≥(k·2m+2m-1)， 其中q为2进制计数值的位数，q为自然数；一个寄存器堆地址指针生成 部件，可以完成复位、置初值、加一和减一操作。\n所述控制方法的特征在于包括以下步骤：\n(1)将栈顶寄存器组101中的k个寄存器、计数器102、以及寄存 器堆105中2l个寄存器复位为0；\n(2)用一定宽度的指令编码来表示操作数的宽度和数据的操作方\n   式(出栈还是入栈)，指令的编码满足条件2p≥2(m+1)，其中\n   p为栈操作指令编码的宽度，p为自然数，例如n＝6且m＝2时，\n   64位堆栈可以自动识别和存储32位和16位数据，具体操作\n   分6种情况(16位进栈、16位出栈、32位进栈、32位出栈、\n   64位进栈、64位出栈)，编码宽度p为3位，编码方式可以\n   自行定义；\n(3)计数器根据栈操作指令和计数器的初值进行计数，操作数据\n   宽度2n-m+i(0≤i≤m)，工作原理如下：\n  (31)进栈操作时，\n    (311)当寄存器堆105中没有数据时，\n      (3111)计数器的初值count＜((k·2m+2m-1)-2i)时(其中\n(k·2m+2m-1)为最大计数值)，新的计数值count＝count+2i；\n      (3112)计数器的初值count≥((k·2m+2m-1)-2i)时(其中\n(k·2m+2m-1)为最大计数值)，新的计数值count＝count+2i-2m。\n    (312)当寄存器堆105中有数据时，新的计数值\ncount＝count+2i-2m。\n  (32)出栈操作时，\n    (321)当寄存器堆105中没有数据时，新的计数值\ncount＝count-2i。\n    (322)当寄存器堆105中有数据时，\n      (3221)计数器的初值count≥(k·2m+2i)时(其中k为栈顶\n   寄存器的个数)，新的计数值count＝count-2i，\n      (3222)计数器的初值count＜(k·2m+2i)时(其中k为栈顶\n   寄存器的个数)，新的计数值count＝count-2i+2m\n(4)响应于步骤(3)中的计数值，完成数据在堆栈式寄存器堆中\n   的入/出栈操作，在栈顶寄存器组中的数据以2i个2n-m位寄存 器为单位顺序出/入栈，栈顶寄存器组与寄存器堆以2n位为单位 交换数据，具体操作步骤为：\n(41)入栈操作，\n(411)当计数器初始值count满足条件：count＜(k·2m-2i)时， 在栈顶寄存器组中的数据以2i个2n-m位寄存器为单位顺序压入， 栈顶寄存器组和寄存器堆之间无数据交换，栈指针不动；\n(412)当计数器初始值count满足条件： (k·2m-2i)≤count＜(k·2m)时，栈顶寄存器组中最后2m个2n-m位数据 组合在一起(形成一个2n位数据)作为寄存器堆的输入数据，该 数据在进入寄存器堆的同时写入其后的栈顶寄存器组和数据缓冲 寄存器，数据写入寄存器堆中原地址指针的减一值所指向的存储 单元(数据第一次进入寄存器堆时数据写入地址指针初值所指向 的单元)；\n(413)当计数器初始值count满足条件：count≥k·2m时，栈 顶寄存器组中倒数第二个2n位数据作为寄存器堆的输入数据，该 数据在进入寄存器堆的同时覆盖其后的栈顶寄存器组和数据缓冲 寄存器，数据写入寄存器堆中原地址指针的减一值所指向的存储 单元；\n(42)出栈操作时，\n(421)当寄存器堆105中无数时，栈顶寄存器组和数据缓冲 寄存器中的数据以2i个2n-m位寄存器为单位顺序弹出，栈顶寄存 器组和寄存器堆之间无数据交换，栈指针不动；\n(422)当寄存器堆105中有数时，\n(4221)当计数器初始值count满足条件：count≥k·2m+2i 时，栈顶寄存器组和数据缓冲寄存器中的数据以2i个2n-m 位寄存器为单位顺序弹出，栈顶寄存器组和寄存器堆之间 无数据交换，栈指针不动；\n(4222)当计数器初始值count满足条件： k·2m≤count＜(k·2m+2i)时，栈顶寄存器组和数据缓冲寄存器中的 数据以2i个2n-m位寄存器为单位顺序弹出的同时，寄存器堆中原 地址指针的加一值所指向的存储单元中的那个2n位数据弹出，出 栈数据按照先进后出(FILO)的原则排列在栈顶寄存器组和数据 缓冲寄存器中。\n上述寄存器堆中数据的有无可以通过当前栈指针与定义的栈 的上下界值的比较获得。\n本发明的堆栈式寄存器堆，采用简单的硬件电路即可实现数据宽度的 自兼容，即可以根据操作字长的指令，自动地识别、存贮和装载不同数据 宽度的数据，同时还能够与微处理器升位字长的各种内部寄存器进行数据 交换。与常规的堆栈式寄存器堆相比，本发明的堆栈式寄存器堆的显著优 点主要表现在以下两个方面。\n第一，本发明的堆栈式寄存器堆的栈顶单独组成一个寄存器组，在栈 操作时，它们分别对应于堆栈的各个栈顶，而在寄存器操作时，和其它通 用寄存器一样，寄存器组中的每一个寄存器均可以通过指令直接访问，这 样可以大大提高栈顶数据的访问效率。\n第二，本发明的堆栈式寄存器堆可以通过计数器和数据缓冲装置实现 不同字长数据的自动识别和出/入栈操作。\n根据本发明的对堆栈式寄存器堆的控制方法，使得先进后出的堆栈数 据结构能够自行处理微处理器芯片内部寄存器、数据总线以及外部寄存器 堆数据宽度的不一致性，从而能够在硬件电路中解决数据宽度的自行组合 与分解。\n附图说明\n结合附图，通过以下对本发明较佳实施方式的详细描述，本发明的上 述及其他特征和优点将会更加明显。\n图1是本发明的自适应字长堆栈式寄存器堆的一般结构示意图；\n图2举例说明图1所示堆栈式寄存器堆的一种具体结构及数据交换原 理；\n图3A至图3K进一步说明图2所示的堆栈式寄存器堆的操作原理；\n图4是图2所示寄存器堆模型的数据出/入栈方法的流程图；\n图5是图2所示寄存器堆模型的数据入栈时序图；\n图6是图2所示寄存器堆模型的数据出栈时序图；\n图7举例说明图1所示堆栈式寄存器堆的另一具体结构及数据交换原 理；\n图8A至图8Y进一步说明图7所示的堆栈式寄存器堆的操作原理。\n具体实施方式\n以下参照附图详细描述本发明的较佳实施方式。\n图1是本发明的堆栈式寄存器堆的结构示意图。如图1所示，堆栈式 寄存器堆包括：栈顶寄存器组101、计数器102、数据缓冲寄存器103、寄 存器堆地址指针生成部件104和寄存器堆105。\n栈顶寄存器组101包括k个连接在一起的通用寄存器R0、 R1、...R(k-1)。每个通用寄存器的预定字长为2n位，最小操作单元长度为2n-m位， 其中k、m和n都是自然数，且满足0≤m＜n，k≥2。自然数m表示堆栈式寄 存器堆能够自动识别和存储的预定字长小于2n位的数据的种类数。在堆栈式 寄存器堆以寄存器操作方式工作时，可以通过指令直接访问上述栈顶寄存 器组中的任意一个寄存器。在以栈操作方式工作时，上述通用寄存器用作 为堆栈的栈顶，当字长为2n-m+i(0≤i≤m)位时，栈顶寄存器组中第一个字长为 2n-m+i(0≤i≤m)位的寄存器为堆栈数据的入口。\n寄存器堆105，包括2l(l≥0)个寄存器，用于存储入栈数据，其中每个 寄存器的预定字长和最小操作单元长度都为2n位。\n数据缓冲寄存器103用于对在栈顶寄存器组101与寄存器堆105之间 传送的位数小于2n位的数据进行缓存，字长为(2m-1)2n-m位，其最小操作 单元宽度为2n-m位。因为数据缓冲寄存器对用户不可见，所以本发明中也 将其称为伪寄存器。\n计数器102，用于记录栈顶寄存器组101以及数据缓冲寄存器103中 寄存的2n-m位数据的个数。计数器103可以进行复位、加减进位值的操作。\n寄存器堆地址指针生成部件104，响应于出/入栈指令和来自计数器 102的计数值，生成用于读/写寄存器堆105中相应寄存器的地址指针。\n图2举例说明图1所示堆栈式寄存器堆的一种具体结构及数据交换原 理。在图2所示的例子中，n等于6，m等于1，k等于4，l等于16。也就 是说，图2所示的堆栈式寄存器堆可以解决64位字长数据自适应32位字 长数据的问题。在这种自适应过程中，单周期完成数据的入栈或出栈操作。\n如图2所示，寄存器堆(RF)205包括256个64位寄存器，构成一 个向低地址增长的堆栈。数据入栈时，先存入高地址，由寄存器堆地址指 针生成部件(RFA)204产生8位地址指针，可以指向256个寄存器中的任 意一个。栈顶寄存器组201包括4个64位通用寄存器a、b、c、d。每个64 位通用寄存器的最小操作宽度为32位。栈顶寄存器组201与寄存器堆205 一起构成一个堆栈。该堆栈的一至四栈顶的数据可以进行寄存器访问。数 据缓冲寄存器203的字长为32位。计数器202的计数值位数为4，计数器 由计数控制器完成复位、加减1、加减2的操作，最大计数值为9。\n图3A至图3K进一步说明图2所示的堆栈式寄存器堆的操作原理。图 中栈顶寄存器组包括4个64位寄存器a、b、c、d。每个通用寄存器分为 高低两个部分，如a0表示通用寄存器a的低32位，a1表示通用寄存器a 的高32位。栈顶寄存器组和寄存器堆RF之间按照栈操作方式传送数据， 并保持寄存器堆中栈顶数据与栈顶寄存器组中的栈底(包括伪寄存器h， 如果此时伪寄存器h中有数的话)数据一致。\n入栈操作开始时，寄存器堆RF中尚无数据，数据在栈顶寄存器组中 以2i(0≤i≤1)个2n-m位数据为单位顺序进栈，数据首次从栈顶寄存器组传递 到寄存器堆RF的情况有3种方式：\n方式1(如图3A所示)：32位数据入栈，计数器初值为7，操作完 成后，栈顶寄存器组中数据以32位为单位顺序入栈，寄存器c1和d0中的 数据组合成一个64位数据进入寄存器堆205，计数器加1；\n方式2(如图3B所示)：64位数据入栈，计数器初值为6，操作完 成后，栈顶寄存器组中数据以64位为单位顺序入栈，寄存器c中的64位 数据进入寄存器堆205，计数器加2；\n方式3(如图3C所示)：64位数据入栈，计数器初值为7，操作完 成后，栈顶寄存器组中数据以64位为单位顺序入栈，寄存器c1和d0中的 数据组合成一个64位数据进入寄存器堆205，计数器加2；\n当寄存器堆205中有数时，栈顶寄存器组201和寄存器堆205之间数 据交换的方式共8种：\n方式1(如图3D所示)：32位数据入栈，伪寄存器h无数，计数器 初值为8，操作完成后，通用寄存器d1中的数据进入伪寄存器h暂存，计 数器加1；\n方式2(如图3E所示)：32位数据入栈，伪寄存器h有数，计数器 初值为9，操作完成后，通用寄存器的c1和d0中的数据组合成一个64位 数据，压入寄存器堆RF，计数器减1，即此时在栈顶寄存器组和伪寄存器 中的有效数据个数(以32位为单位计算)为8，伪寄存器中的数据无效；\n方式3(如图3F所示)：32位数据出栈，伪寄存器h无数，计数器 初值为8，操作完成后，由RF中弹出的数据分解为两部分，分别传入d1 和伪寄存器h中暂存，计数器加1；\n方式4(如图3G所示)：32位数据出栈，伪寄存器h有数，计数器 初值为9，操作完成后，寄存器堆RF不动，伪寄存器h中的数据按照顺序 出栈，计数器减1；\n方式5(如图3H所示)：64位数据入栈，伪寄存器h无数，计数器 初值为8，操作结束时，通用寄存器c中的数据在更新通用寄存器d的数 据的同时，压入寄存器堆RF，计数器值不变；\n方式6(如图3I所示)：64位数据入栈，伪寄存器h有数，计数器 初值为9，操作结束时，通用寄存器c1和d0中的数据经组合后压入寄存 器堆RF，同时更新寄存器d1和伪寄存器h中的数据，计数器值不变；\n方式7(如图3J所示)：64位数据出栈，伪寄存器h无数，计数器 的初值为8，栈顶寄存器中的数据以64位为单位顺序弹出，出栈数据直 接传到通用寄存器d，更新寄存器d中的数据，计数器值不变；\n方式8(如图3K所示)：64位数据出栈，伪寄存器h有数，栈顶寄 存器中的数据以64位为单位顺序弹出，出栈数据分解为两部分，分别存 入通用寄存器d1和伪寄存器h，计数器值不变。\n图4是图2所示的堆栈式寄存器堆的控制方法中主要步骤的流程图。\n在步骤401，过程开始。\n在步骤402，判断操作类型是入栈操作还是出栈操作。若为入栈操作， 则过程转至步骤403，否则过程转至步骤405。\n在步骤403，判断寄存器堆RF是否上溢。若步骤403的判断结果为 是，则过程转至步骤408，否则转至步骤404。\n在步骤404，判断操作数宽度是32位还是64位。\n这里的32位和64位只是用于举例说明，不构成对本发明的限制。\n如果步骤404判断出操作数宽度为32位，则进行如下判断：\n若计数值count小于9，则计数值加1，过程转至步骤408；\n若计数值count等于9，则计数值减1，且寄存器堆地址指针RFP减 1，过程转至步骤408。\n如果步骤404判断出操作数宽度为64位，则进行如下判断：\n若计数值count小于8，则计数值加2，过程转至步骤408；\n若计数值count大于等于8，则计数值加2，且寄存器堆地址指针RFP 减1，过程转至步骤408。\n在步骤405，判断寄存器堆RF是否下溢。若步骤405的判断结果为 是，则过程转至步骤406，否则转至步骤407。\n在步骤406，判断操作数宽度是32位还是64位。\n这里的32位和64位只是用于举例说明，不构成对本发明的限制。\n如果步骤406判断出操作数宽度为32位，则进行如下判断：\n若计数值count小于1，过程转至步骤408；\n若计数值count大于等于1，则计数值减1，过程转至步骤408。\n如果步骤406判断出操作数宽度为64位，则进行如下判断：\n若计数值count小于2，过程转至步骤408；\n若计数值count大于等于2，则计数值减2，过程转至步骤408。\n在步骤407，判断操作数宽度是32位还是64位。\n这里的32位和64位只是用于举例说明，不构成对本发明的限制。\n如果步骤407判断出操作数宽度为32位，则进行如下判断：\n若计数值count等于8，计数值加1，寄存器堆指针RFP加1，过程 转至步骤408；\n若计数值count等于9，则计数值减1，过程转至步骤408。\n如果步骤407判断出操作数宽度为64位，则计数值不变，寄存器堆 指针RFP加1，过程转至步骤408。\n在步骤408，过程结束。\n综上所述，在图2至图4所示的例子中，计数器工作原理为：\n1.计数器加一：\n      32位入栈，伪寄存器无数；\n      32位出栈，RF中有数，而伪寄存器中无数；\n2.计数器加二：\n      64位入栈，COUNT的计数值小于8；\n3.计数器减一：\n     32位出栈，伪寄存器中有数，而且RF中有数；\n     32位入栈，伪寄存器中有数；\n     32位出栈，RF中无数，而栈顶寄存器组中有数(COUNT值不\n全为0)；\n4.计数器减二：\n     64位出栈，RF中无数，而栈顶寄存器组中32位数据的个数\n大于1；\n5.计数器发栈空信号：\n     32位出栈，而栈顶寄存器组中无数；\n     64位出栈，而栈顶寄存器组中已不足两个32位数据。\n图2所示寄存器堆地址指针生成部件RFA的工作原理为：\n在栈操作之前，用指令预置栈指针，使它指向栈操作的起始单元(SP)， 堆栈操作方式时，入/出栈指针生成原理如下：\n1.当第一个64位数据从栈顶寄存器组中传递到寄存器堆RF中时， 栈指针指向设置的初值不动，数据写入栈指针初值指向的寄存器；\n2.入栈指针\n入栈数据即内部寄存器中的数据存入(SP)-1指针所指的存储单 元，入栈后SP指针更新为(SP)-1，即指向数据入栈后主寄存器堆当 前栈顶位置。修改入栈指针的条件为：\n栈操作有效而且寄存器堆未上溢时，COUNT大于等于6而且64位 入栈，或者COUNT等于7或9，而且32位入栈。\n3.出栈指针\n由于寄存器中的数据是与SP指针所指示的主寄存器堆栈顶数据 一致的(即所谓数据重叠)，因此，出栈操作时，RFP生成的读数据 的地址指针为(SP)+1，读出的数据为主寄存器堆次栈顶数据。出栈 后SP指针更新，指向原(SP)+1所指示的位置，即指向数据出栈后 的主寄存器堆当前栈顶位置。修改出栈指针的条件为：\n栈操作有效而且寄存器堆未下溢时，COUNT等于8而且32位出栈， 或者COUNT大于等于8，64位出栈。\n图5是图2所述模型64位数据连续入栈的时序图。图中COUNT<3:0> 为计数器的计数值，RFP为寄存器堆RF的地址指针，RFO为入栈操作时栈 顶寄存器组向寄存器堆RF的输出数据，Bff和Bfe分别为寄存器堆RF的第 一、第二栈底，本例中设栈指针的初始值为ff，入栈地址指针减1(第一 个入栈数据写入ff寄存器)，出栈地址指针加1。\n图6是图2所述模型64位数据连续出栈的时序图。RFI为出栈操作 时寄存器堆RF向栈顶寄存器组的输出数据，其它信号的意义同图5。\n图7举例说明图1所示堆栈式寄存器堆的另一具体结构及数据交换原 理。在图7所示的例子中，n等于6，m等于2，k等于2，l等于16。也就 是说，图7所示的堆栈式寄存器堆可以解决64位字长数据自适应32位和 16位字长数据的问题。在这种自适应过程中，单周期完成数据的入栈或出 栈操作。\n如图7所示，寄存器堆(RF)705包括256个64位寄存器，构成一 个向低地址增长的堆栈。数据入栈时，先存入高地址，由寄存器堆地址指 针生成部件(RFA)704产生8位地址指针，可以指向256个寄存器中的任 意一个。栈顶寄存器组701包括2个64位通用寄存器a、b。每个64位通 用寄存器的最小操作宽度为16位。栈顶寄存器组701与寄存器堆705一起 构成一个堆栈。该堆栈的一、二栈顶的数据可以进行寄存器访问。数据缓 冲寄存器703(又称为伪寄存器)的字长为48位，伪寄存器h的最小操作 单位为16位，可以看成3个16位寄存器，分别为h0、h1、h2，其中h0 为h<15:0>，h1为h<31:16>h2为h<47:32>。计数器702的计数值位数为 4，以16位为单位进行计数，计数器由计数控制器完成复位、加减1、加 减2、加减3、加减4的操作，最大计数值为11(栈顶寄存器组中最多8 个16位数据，伪寄存器可分为3个16位寄存器)。\n图8A至图8Y进一步说明图7所示的堆栈式寄存器堆的操作原理。图 中栈顶栈顶寄存器组包括2个64位寄存器a、b。每个通用寄存器以16位 为单位按照高低顺序分为4个部分，a0表示a<15:0>，a1表示a<31:16>， a2表示a<47:32>，a3表示a<63:48>，b0表示b<15:0>，b1表示b<31:16>， b2表示b<47:32>，b3表示b<63:48>。栈顶寄存器组和寄存器堆RF之间按 照栈操作方式传送数据，并保持寄存器堆中栈顶数据与栈顶寄存器组中的 栈底(包括伪寄存器h，如果此时伪寄存器h中有数的话)数据一致。\n入栈操作开始时，寄存器堆RF中尚无数据，数据在栈顶寄存器组中 以2i(0≤i≤1)个2n-m位数据为单位顺序进栈，数据首次从栈顶寄存器组传递 到寄存器堆RF的情况有7种方式(如图8A至8G所示)：\n方式1(如图8A所示)：16位数据入栈，计数器初值为7，操作完 成后，栈顶寄存器组中数据以16位为单位顺序入栈，寄存器a3、b0、b1 和b2中的数据组合成一个64位数据进入寄存器堆705，计数器加1；\n方式2(如图8B所示)：32位数据入栈，计数器初值为6，操作完 成后，栈顶寄存器组中数据以32位为单位顺序入栈，a2、a3、b0和b1中 的数据组合成一个64位数据进入寄存器堆705，计数器加2；\n方式3(如图8C所示)：32位数据入栈，计数器初值为7，操作完 成后，栈顶寄存器组中数据以32位为单位顺序入栈，寄存器a3、b0、b1 和b2中的数据组合成一个64位数据进入寄存器堆705，计数器加2；\n方式4(如图8D所示)：64位数据入栈，计数器初值为4，操作完 成后，栈顶寄存器组中数据以64位为单位顺序入栈，寄存器a中的64位 数据进入寄存器堆705，计数器加4；\n方式5(如图8E所示)：64位数据入栈，计数器初值为5，操作完 成后，栈顶寄存器组中数据以64位为单位顺序入栈，寄存器a1、a2、a3 和b0中的数据组合成一个64位数据进入寄存器堆705，计数器加4；\n方式6(如图8F所示)：64位数据入栈，计数器初值为6，操作完 成后，栈顶寄存器组中数据以64位为单位顺序入栈，寄存器a2、a3、b0 和b1中的数据组合成一个64位数据进入寄存器堆705，计数器加4；\n方式7(如图8G所示)：64位数据入栈，计数器初值为7，操作完 成后，栈顶寄存器组中数据以64位为单位顺序入栈，寄存器a3、b0、b1 和b2中的数据组合成一个64位数据进入寄存器堆705，计数器加4；\n当寄存器堆705中有数时，栈顶寄存器组701和寄存器堆705之间数 据交换的方式共18种(如图8H至8Y所示)：\n方式1(如图8H所示)：16位数据入栈，伪寄存器h无数，计数器 初值为8，操作完成后，栈顶寄存器组中数据以16位为单位顺序压栈、通 用寄存器b3中的数据进入伪寄存器h暂存，计数器加1，当伪寄存器中16 位数据的个数少于3时，情况类似；\n方式2(如图8I所示)：16位数据入栈，伪寄存器h中数据全满， 计数器初值为11，操作完成后，通用寄存器a3、b0、b1和b2中的数据组 合成一个64位数据，压入寄存器堆705，计数器减3，即此时在栈顶寄存 器组和伪寄存器中的有效数据个数(以16位为单位计算)为8，伪寄存器 中的数据无效；\n方式3(如图8J所示)：32位数据入栈，伪寄存器h无数，计数器 初值为8，操作完成后，栈顶寄存器组中数据以32位为单位顺序压栈、通 用寄存器b2、b3中的数据分别进入伪寄存器h0和h1中暂存，计数器加2， 当伪寄存器中16位数据的个数为1时，情况类似；\n方式4(如图8K所示)：32位数据入栈，伪寄存器h有2个16位数 据，计数器初值为10，操作完成后，栈顶寄存器组中数据以32位为单位 顺序压栈、通用寄存器a2、a3、b0、b1中的数据组合成一个64位数据， 压入寄存器堆705，计数器值不变；\n方式5(如图8L所示)：64位数据入栈，伪寄存器h全满，计数器 初值为11，操作结束时，栈顶寄存器组中数据以32位为单位顺序压栈、 通用寄存器a3、b0、b1、b2中的数据组合成一个64位数据，压入寄存器 堆705，计数器值不变；\n方式6(如图8M所示)：64位数据入栈，伪寄存器h无数，计数器 初值为8，操作结束时，通用寄存器a中的64位数据压入寄存器堆RF，同 时更新寄存器b中的数据，计数器值不变；\n方式7(如图8N所示)：64位数据入栈，伪寄存器h中只有一个16 位数据，计数器的初值为9，栈顶寄存器中的数据以64位为单位顺序压 栈，通用寄存器a1、a2、a3、b0中的数据组合成一个64位数据，压入寄 存器堆705，计数器值不变；\n方式8(如图80所示)：64位数据入栈，伪寄存器h中有2个16位 数据，计数器的初值为10，栈顶寄存器中的数据以64位为单位顺序压 栈，通用寄存器a2、a3、b0、b1中的数据组合成一个64位数据，压入寄 存器堆705，计数器值不变；\n方式9(如图8P所示)：64位数据入栈，伪寄存器h中有3个16位 数据，计数器的初值为11，栈顶寄存器中的数据以64位为单位顺序压 栈，通用寄存器a3、b0、b1、b2中的数据组合成一个64位数据，压入寄 存器堆705，计数器值不变；\n方式10(如图8Q所示)：16位出栈，伪寄存器h中有数，栈顶寄存 器组中的数据以16位为单位顺序出栈，计数器值减1；\n方式11(如图8R所示)：16位出栈，伪寄存器h中无数，栈顶寄存 器组中的数据以16位为单位顺序出栈，从寄存器堆705中弹出一个64位 数据，进入寄存器b3和h，栈指针加1，计数值加3；\n方式12(如图8S所示)：32位出栈，伪寄存器h中16位数据个数 大于等于2，栈顶寄存器组中的数据以32位为单位顺序出栈，计数值减2；\n方式13(如图8T所示)：32位出栈，伪寄存器h中16位数据个数 等于1，栈顶寄存器组中的数据以32位为单位顺序出栈，从寄存器堆705 中弹出一个64位数据，进入寄存器b3和h，栈指针加1，计数值加2；\n方式14(如图8U所示)：32位出栈，伪寄存器h中无数，栈顶寄存 器组中的数据以32位为单位顺序出栈，从寄存器堆705中弹出一个64位 数据，进入寄存器b2、b3、h0和h1，栈指针加1，计数值加2；\n方式15(如图8V所示)：64位出栈，伪寄存器h中无数，栈顶寄存 器组中的数据以64位为单位顺序出栈，从寄存器堆705中弹出一个64位 数据，进入寄存器b，栈指针加1，计数值不变；\n方式16(如图8W所示)：64位出栈，伪寄存器h0中有数，栈顶寄 存器组中的数据以64位为单位顺序出栈，从寄存器堆705中弹出一个64 位数据，进入寄存器b1、b2、b3、h0，栈指针加1，计数值不变；\n方式17(如图8X所示)：64位出栈，伪寄存器h0、h1中有数，栈 顶寄存器组中的数据以64位为单位顺序出栈，从寄存器堆705中弹出一个 64位数据，进入寄存器b2、b3、h0、h1，栈指针加1，计数值不变；\n方式18(如图8Y所示)：64位出栈，伪寄存器h0、h1、h2中都有 数，栈顶寄存器组中的数据以64位为单位顺序出栈，从寄存器堆705中弹 出一个64位数据，进入寄存器b3、h0、h1、h2，栈指针加1，计数值不变。\n虽然已经示出和详细描述了本发明的较佳实施方式，但是应当认识到 可以对本发明做出各种变化和修改而不脱离本发明的保护范围。