基于RISC-V架构快速唤醒处理器的改进系统及方法与流程

本发明涉及低功耗内核中断处理技术和低功耗领域，具体涉及基于risc-v架构快速唤醒处理器的改进系统及方法。

背景技术：

随着soc设计的复杂度越来越大，现如今对于消费类电子功耗要求也越来越高，与之而来的在芯片设计行业中的低功耗技术也层出不穷，各大芯片公司的重视程度也越来越高。

大部分低功耗技术都是让处理器进入休眠状态，来达到省电的目的，但是在诸多的应用场景中，处理器需要被唤醒的方式多种多样，在risc-v指令架构中，一般会执行wfi指令让处理器处于睡眠模式，唤醒wfi指令的方式一般为中断、不可屏蔽中断(nmi)、debug，但是这些唤醒机制很局限，并且唤醒速度很慢，唤醒之后无法直接执行后续程序，导致处理器执行了很多不该执行的操作。在很多应用场景中用户都需要让处理器快速进入休眠模式，并且快速唤醒，唤醒后能够继续执行之后的指令程序，因此risc-v标准的wfi指令无法完全满足这些应用场景，因此需要一个机制去解决所述问题。本发明就是基于risc-v标准指令架构中的wfi指令作以低功耗的改进技术。

技术实现要素：

为了解决所述技术问题，本发明基于risc-v架构快速唤醒处理器的改进系统及方法，基于risc-v架构增加一种处理器低功耗寄存器设计，命名该寄存器为wfe_en寄存器，该寄存器的设计可以改变wfi指令的行为，从而达到使处理器能够通过不同的方式被唤醒。本发明的技术方案如下，本发明基于risc-v指令架构增加了一个自定义寄存器wfe_en寄存器。

为了达到所述目的，本发明的技术方案如下：

基于risc-v架构快速唤醒处理器的改进系统，其特征在于，包括wfe_en寄存器，所述wfe_en寄存器，用于切换wfi指令执行后处理器的唤醒机制。

优选地，所述wfe_en寄存器位宽为64位或32位。

优选地，所述wfe_en寄存器的第0比特为有效位。

优选地，所述wfe_en寄存器在用户模式和机器模式下均为可读可写寄存器。

基于risc-v架构快速唤醒处理器的改进方法，其特征在于，

s1：在所述risc-v架构中增加wfe_en寄存器，所述wfe_en寄存器，用于切换wfi指令执行后处理器的唤醒机制；

s2：当处理器进入休眠模式需要被唤醒时，若所述wfe_en寄存器配置为0，则表示处理器可以被中断、不可屏蔽中断、debug唤醒；若所述wfe_en寄存器配置为1，wfi指令唤醒请求方式变成wfe指令唤醒请求方式，则表示处理器可以被外部事件、不可屏蔽中断、debug唤醒。

优选地，所述wfe_en寄存器位宽为64位或32位。

优选地，所述wfe_en寄存器的第0比特为有效位。

优选地，所述wfe_en寄存器在用户模式和机器模式下均为可读可写寄存器。

基于所述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)、本发明增加了处理器唤醒方式，处理器可以接收外部事件信号进行唤醒，只需要配置wfe_en寄存器便可以改变wfi指令的唤醒机制，简单易操作；

(2)、本发明加快了处理器唤醒速度，与传统的中断唤醒相比，本发明可以不需要程序进入中断处理函数，可以直接从wfe指令之后的指令开始执行。

附图说明

图1为本发明一种用于risc-v架构的wfe_en寄存器的存储信息格式图；

图2为本发明wfe_en寄存器配置为0和1时，wfi指令的唤醒流程图；

图3为本发明wfe_en寄存器配置为1时，执行wfi等待外部事件唤醒过程图；

图4为本发明wfe_en寄存器配置为1时，执行wfi等待nmi唤醒过程图；

图5为本发明wfe_en寄存器配置为1时，执行wfi等待debug唤醒过程图；

图6为本发明一种用于risc-v架构的wfe_en寄存器实现wfi指令唤醒切换的电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明基于risc-v架构快速唤醒处理器的改进系统及方法，基于risc-v架构增加一种处理器低功耗寄存器设计，命名该寄存器为wfe_en寄存器，该寄存器的设计可以改变wfi指令的唤醒条件，从而达到使处理器能够通过不同的方式被唤醒。本发明的技术方案如下，本发明增加了一个自定义寄存器wfe_en寄存器。

进一步，所述wfe_en寄存器详细描述如下：

新增wfe_en寄存器，该寄存器可以改变wfi的指令行为，

所述wfi指令，执行该指令处理器会进入睡眠模式。

所述wfe_en寄存器，用来改变wfi指令执行后处理器唤醒方式。

如图2所示，当wfe_en寄存器配置为0，此时执行wfi指令，处理器将进入休眠状态，当达到的wfi指令的唤醒条件时，处理器被唤醒，该唤醒条件与标准的risc-v指令架构所定义的唤醒条件相同，即可以被中断、nmi、debug唤醒。

当wfe_en寄存器配置为1，此时执行wfi指令，处理器将进入休眠状态，若所述wfe_en寄存器配置为1，wfi指令唤醒请求方式变成wfe指令唤醒请求方式，则表示处理器可以被外部事件请求、不可屏蔽中断请求、debug请求唤醒。所述wfe指令是一个虚拟的指令，标准指令集中没有该wfe指令，这里借代wfe指令来说明当wfe_en寄存器配置为1时wfi指令的唤醒条件。当执行wfe指令时，处理器进入休眠模式，能够唤醒wfe指令的方式有如下任意一种：

(1)、如图3所示，当处理器外部输入外部事件时，如果mstatus的mie为0时，处理器将被唤醒继续执行停止的指令流。如果mstatus的mie为1,处理器将被唤醒，可以从一个已启用的和挂起的中断服务例程开始执行，也可以从wfe指令之后的指令开始执行。

所述mstatus寄存器为risc-v标准指令架构手册中所定义的一样。

所述mie域为mstatus中的全局中断使能域，用于控制打开或者关闭全局中断，当mie为0时，外部中断将被屏蔽，中断无法被响应，mie为1时外部中断全局使能将打开。

首先将wfe_en寄存器配置为1，之后执行wfi指令，处理器进入休眠状态，现在假设只有外部事件请求能够进入，那么等待外部事件请求到来处理器将被唤醒，唤醒之后继续执行之后的程序，若mie为0，那么处理器醒来之后继续执行后续的指令；若mie为1，并且在睡眠过程中有中断等待，那么唤醒之后处理器将进入中断处理。

(2)、如图4所示，当接收一个nmi中断时，处理器将被唤醒，并从nmi处理程序的第一条指令开始执行。

首先将wfe_en寄存器配置为1，之后执行wfi指令，处理器进入休眠状态，现在假设只有不可屏蔽中断(nmi)能够进入，那么不可屏蔽中断(nmi)到来处理器将被唤醒，唤醒之后进入不可屏蔽中断(nmi)中处理程序。

(3)、如图5所示，当从调试模块接收调试信号时，处理器将被唤醒并进入调试模式。

首先将wfe_en寄存器配置为1，之后执行wfi指令，处理器进入休眠状态，现在假设只有debug请求能够进入，那么debug请求到来处理器将被唤醒，唤醒之后进入调试模式。

下面用几个具体的实施例来说明本发明的具体电路设计和wfe_en配置为0和1时处理器的行为。

如图6所示，为本发明wfe_en寄存器实现wfi指令唤醒切换的具体电路实现。其中包括信号有alu_exp_i_wfi信号、cmt_ena信号、wfi_cmt_ena信号、alu_exp_i_pc_vld信号、wfi_halt_req信号、wfi_mie_disable信号、status_mie_real信号、csr_wfe_bit信号、wfe_waiting信号、dbg_req_raw信号、irq_req_raw信号、rx_ext_raw信号、nmi_req_raw信号、irq_req信号，其中：

所述alu_exp_i_wfi信号，表示当前指令码为wfi指令；

所述cmt_ena信号，表示当前指令已经cmmint；

所述wfi_cmt_ena信号，表示wfi指令使能信号；

所述alu_exp_i_pc_vld信号，表示当前pc指令为有效指令；

所述wfi_halt_req信号，表示当前pc发起了一个wfi指令的请求；

所述wfi_mie_disable信号，表示当前发生了wfi指令并且全局中断使能关闭或者当前发生了wfi指令，并且wfe_en配置为1；

所述status_mie_real信号，表示当前全局中断使能标志信号；

所述csr_wfe_bit信号，表示wfe_en配置为1或者0；

所述wfe_waiting信号，表示当前wfi指令被切换为了wfe指令；

所述dbg_req_raw信号，表示发生了一个debug请求；

所述irq_req_raw信号，表示发生了一个中断请求；

所述rx_ext_raw信号，表示发生了一个外部事件请求；

所述nmi_req_raw信号，表示发生了一个nmi请求；

所述irq_req信号，表示发生了一个唤醒请求。

进一步，该电路实现了使用wfe_en寄存器，控制当执行wfi时，唤醒请求方式的切换。首先如图所示，当alu_exp_i_wfi有效并且cmt_ena有效，即当前提交的一个wfi指令，当alu_exp_i_pc_vld有效那个当前wfi指令pc为有效的pc，这样发出一个wfi指令请求，

进一步，我们判断当前wfi指令是否能被中断唤醒，不能被中断唤醒，我们就得到一个信号为wfi_mie_disable表示当前发生的wfi指令不能被中断唤醒。不能被中断唤醒的条件有两种，status_mie_real全局中断为0或者csr_wfe_bit配置为1，csr_wfe_bit信号有wfe_en寄存器控制，所以当wfe_en寄存器配置为1那么wfi指令将不被中断唤醒，如果wfi_mie_disable为1并且csr_wfe_bit配置为1那么会得到一个信号名为wfe_waiting的信号，这个信号有效表示了当前wfi指令被切换成了wfe指令唤醒行为，wfe指令行为无法被中断唤醒。

进一步，依照外部的debug、中断、外部事件、不可屏蔽中断(nmi)，将信号进行分成两组，分别为dbg_req_raw信号、irq_req_raw信号、nmi_req_raw信号为一组，dbg_req_raw信号、rx_ext_raw信号、nmi_req_raw信号为一组，信号分别经过两个或门，然后经过一个二选一的选择器，选择器的使能信号就是wfe_waiting信号，当这个信号有效，则选择器将选择dbg_req_raw信号、rx_ext_raw信号、nmi_req_raw信号这个一组信号，最终输出一个irq_req信号，这个信号用来唤醒处理器。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。