專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高性能微處理器寄存器及其內(nèi)存地址彈性保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高性能微處理器寄存器及其內(nèi)存地址彈性保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
處理器是當(dāng)代計(jì)算機(jī)工業(yè)的核心。處理器大致分為兩類(lèi):精簡(jiǎn)指令集處理器和復(fù)雜指令集處理器。在高性能處理平臺(tái)中，精簡(jiǎn)指令集處理器被廣泛使用，如:PAD，高性能服務(wù)器，桌面平臺(tái)，嵌入式平臺(tái)等；然而，復(fù)雜指令集處理器的使用卻相對(duì)較少，一般只用于低性能服務(wù)器和桌面平臺(tái)等。其主要原因是:精簡(jiǎn)指令集處理器指令長(zhǎng)度不變，指令格式少，寄存器數(shù)目多，指令數(shù)目少，更能使處理器處理流水化。具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、效率高、容易測(cè)試、成品率高等特點(diǎn)。因此，如何研發(fā)出具有完全自主核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能精簡(jiǎn)指令集處理器，已成為計(jì)算機(jī)工業(yè)設(shè)計(jì)研究中的重要課題。目前，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的內(nèi)核主要放在內(nèi)存的低地址區(qū)間中(只有極少數(shù)的處理器把內(nèi)核放在內(nèi)存的高地址)，接著放操作系統(tǒng)處理異常中斷的程序，再接著放為應(yīng)用程序提供服務(wù)的程序，應(yīng)用程序放在最后。為了防止應(yīng)用程序的非法訪(fǎng)問(wèn)，目前，主流的處理器主要用以下方法實(shí)現(xiàn):
(1)把計(jì)算機(jī)的內(nèi)存固定分成一定長(zhǎng)度的段，應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核放在規(guī)定的內(nèi)存區(qū)間內(nèi)，以防止用戶(hù)程序的非法訪(fǎng)問(wèn)；
(2)處理器通過(guò)檢查程序的長(zhǎng)度，特權(quán)級(jí)和讀寫(xiě)執(zhí)行等屬性以防止用戶(hù)程序的非法訪(fǎng)
問(wèn)；
(3)操作系統(tǒng)通過(guò)檢查程序的長(zhǎng)度，特權(quán)級(jí)和讀寫(xiě)執(zhí)行等屬性以防止用戶(hù)程序的非法訪(fǎng)問(wèn)?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)內(nèi)存地址的保護(hù)方法存在以下不足:
O當(dāng)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存很小(如roD、嵌入式平臺(tái)中)時(shí)，如果固定長(zhǎng)度的內(nèi)存很大，供應(yīng)用程序使用的內(nèi)存就會(huì)很小，會(huì)造成寶貴的內(nèi)存資源浪費(fèi)，造成內(nèi)存沒(méi)有被合理的使用；
2)當(dāng)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存很大(如在高性能的服務(wù)器中、大型計(jì)算機(jī)中)，并且其操作系統(tǒng)內(nèi)核也很大時(shí)，會(huì)造成操作系統(tǒng)內(nèi)核不能完全被處理器內(nèi)核保護(hù)的情況；
3)如果應(yīng)用程序利用操作系統(tǒng)的漏洞，篡改程序?qū)傩?在分段操作系統(tǒng)，分頁(yè)操作系統(tǒng)中分別更改段屬性，頁(yè)屬性等)，使程序得到非法權(quán)限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高性能微處理器，在不改變指令集的前提下可輕易升級(jí)，采用淺流水線(xiàn)設(shè)計(jì)和精簡(jiǎn)流水線(xiàn)架構(gòu)，靜態(tài)分支預(yù)測(cè)，動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)，能夠更好地減少每條指令執(zhí)行的時(shí)間，同時(shí)支持多發(fā)多射，減少處理器從內(nèi)存里查找數(shù)據(jù)所用的時(shí)間；
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種高性能微處理器寄存器的內(nèi)存地址彈性保護(hù)方法，克服傳統(tǒng)處理器通過(guò)軟件保護(hù)和固定分段保護(hù)來(lái)防止應(yīng)用程序非法訪(fǎng)問(wèn)的不足，可有效防止應(yīng)用程序的非法訪(fǎng)問(wèn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種高性能微處理器寄存器，它包括:
永遠(yuǎn)為O的O號(hào)寄存器；
用作累加器的I 8號(hào)寄存器；
用作乘法時(shí)的高位，除法指令的商的9號(hào)寄存器；
用作乘法時(shí)的低位，除法指令的模的10號(hào)寄存器；
用作返回用戶(hù)模式時(shí)的指針、頁(yè)的11、12號(hào)寄存器；
用作處理器在用戶(hù)模式時(shí)的指令指針、頁(yè)的13、14號(hào)寄存器；
用作處理器在特權(quán)模式時(shí)的指令指針、頁(yè)的15、16號(hào)寄存器；
用作處理器在中斷模式時(shí)的指令指針、頁(yè)的17、18號(hào)寄存器，其頁(yè)只有處理器在kenmode和int mode下才被數(shù)據(jù)移動(dòng)指令賦值，如果處理器在soft mode和urs mode,則不能賦值并產(chǎn)生異常；
用作軟件模式的指令指針、頁(yè)的19、20號(hào)寄存器，其頁(yè)只有處理器在ken mode、intmode和soft mode下才被數(shù)據(jù)移動(dòng)指令賦值,如果處理器在urs mode,則不能賦值并產(chǎn)生
異常；
用作堆棧指針、頁(yè)的21、22號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常；
用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的23、24號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常；
用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的25、26號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常；
用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的27、28號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常；
用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的29、30號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常；
用作狀態(tài)寄存器的31號(hào)寄存器；
用作頁(yè)目錄寄存器的32號(hào)寄存器，保存虛擬地址轉(zhuǎn)換式的頁(yè)目錄低20位有效，高12位強(qiáng)制為0，否則在以后的產(chǎn)品中產(chǎn)生不可預(yù)知的錯(cuò)誤異常；
用作定時(shí)器timer的33 36號(hào)寄存器，當(dāng)timer使能后,處理器每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘寄存器的值加I，溢出時(shí)產(chǎn)生異常；
分別用作kenend、intend和softend寄存器的37 39號(hào)寄存器,在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存不大于4GB，在頁(yè)大小為4kb時(shí)低20位有效，高12位必須為0，否則產(chǎn)生指令錯(cuò)誤異常；
用作異常中斷寄存器的40號(hào)寄存器，15位為I開(kāi)啟中斷，反之不開(kāi)啟；16位為I開(kāi)啟異常，反之不開(kāi)啟；
用作頁(yè)異常線(xiàn)性地址的41號(hào)寄存器；
用作多任務(wù)模式下的頁(yè)開(kāi)始、結(jié)束位置的42、43號(hào)寄存器，當(dāng)操作系統(tǒng)開(kāi)啟多任務(wù)保護(hù)模式，當(dāng)用戶(hù)頁(yè)的值在42、43號(hào)寄存器值之外時(shí)，處理器產(chǎn)生出界異常；
用作虛擬模式下的頁(yè)開(kāi)始、結(jié)束位置的44、45號(hào)寄存器，O號(hào)版本的內(nèi)核暫時(shí)保留；用作tlb入口的46 50號(hào)寄存器，該寄存器的21，22，23位的值是000，001，010，011，100，101，110，111，其中，011，100，101，110保留，供處理器架構(gòu)升級(jí)用，000作為O級(jí)cache的地址使用，001作為I級(jí)cache的地址使用，010作為2級(jí)cache的地址使用，111作為處理器的全局地址，供io輸入輸出塊使用，高9位是處理器的處理核心號(hào)碼，供處理器升級(jí)成多核心時(shí)使用，在操作系統(tǒng)為單核心時(shí)強(qiáng)制為0，低20位是cache的塊號(hào)；
用作內(nèi)部dma的51 53號(hào)寄存器，51號(hào)寄存器為地址的開(kāi)始地址，52號(hào)寄存器為地址結(jié)束處(都是塊號(hào))；
53號(hào)寄存器保留；
54號(hào)寄存器保留；
用作分頁(yè)模式下的局部地址轉(zhuǎn)換的奇54、55號(hào)寄存器；
57 60 號(hào)寄存器分別作為 config0、configl、config2、config3,其中，對(duì)于 configO,25號(hào)寄存器低4位分別使能0，1，2，3號(hào)時(shí)鐘，第4位為I開(kāi)啟分頁(yè)機(jī)制，為O時(shí)開(kāi)啟分頁(yè)碼機(jī)制，第5位多任務(wù)保護(hù)模式，操作系統(tǒng)檢查當(dāng)前usr mode的指令頁(yè)碼的范圍是否在42、43號(hào)寄存器之內(nèi)，不在其內(nèi)，貝1J產(chǎn)生異常；其它位保留，configl、config2、config3分別保留；分別用作trp、trpp寄存器的61、62號(hào)寄存器，在任務(wù)切換時(shí)，61、62號(hào)寄存器的值無(wú)需保存，其每行的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為32位，在任務(wù)切換時(shí)把寄存器的值放在里面，執(zhí)行該任務(wù)時(shí)將數(shù)據(jù)取出；
63號(hào)寄存器cpu屬性如下:
處理器核心數(shù) 9bit31，23
處理器當(dāng)前核心號(hào)9bit22，14
處理器的位數(shù) 3bit2，0
其它位保留；
其中，32 63號(hào)寄存器的值只有運(yùn)行在ker mode, int mode和soft mode才能被賦值。一種高性能微處理器寄存器的內(nèi)存地址彈性保護(hù)方法，它包括以下步驟:
51:操作系統(tǒng)通過(guò)賦值37、38、39號(hào)寄存器，分配處理器在各種模式下的內(nèi)存區(qū)間；
52:處理器檢查14號(hào)寄存器的內(nèi)容是否在39號(hào)寄存器中頁(yè)值之內(nèi)，如果在其范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生異常，如果不在其范圍之內(nèi)，則不產(chǎn)生異常；
53:處理器檢查16號(hào)寄存器的頁(yè)碼是否在O號(hào)到37號(hào)寄存器頁(yè)碼范圍中，如果在其范圍之內(nèi)，則不產(chǎn)生異常，如果不在其范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生異常；
54:處理器檢查18號(hào)寄存器的頁(yè)碼是否在37號(hào)寄存器和38號(hào)寄存器范圍中，如果在其范圍之內(nèi)，則不產(chǎn)生異常，如果不在其范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生異常；
55:處理器檢查20號(hào)寄存器的內(nèi)容是否在38號(hào)寄存器和39號(hào)寄存器中頁(yè)值之內(nèi)，如果在其范圍之外，則產(chǎn)生異常；
56:處理器把異常號(hào)送到異常中斷寄存器中，并且進(jìn)入int mode，當(dāng)前處理器的指令頁(yè)是18寄存器，指令指針是17號(hào)寄存器，處理器通過(guò)執(zhí)行操作系統(tǒng)的異常中斷處理程序，從而防止應(yīng)用程序的非法訪(fǎng)問(wèn)。本發(fā)明的有益效果是:
I)在不改變指令集的前提下可輕易升級(jí)，采用淺流水線(xiàn)設(shè)計(jì)和精簡(jiǎn)流水線(xiàn)架構(gòu)，靜態(tài)分支預(yù)測(cè)，能夠更好地減少每條指令的時(shí)間，同時(shí)支持多發(fā)多射；
2)指令集采用目前主流的精簡(jiǎn)指令，現(xiàn)大約有60條，本指令集最大可以支持1024條，在處理器的位超過(guò)1024位時(shí)，才需要升級(jí)；
3)在任務(wù)切換時(shí)，61、62號(hào)寄存器的值不需要保存，其每行數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為32位，在任務(wù)切換時(shí)把寄存器的值放在里面，執(zhí)行該任務(wù)時(shí)把數(shù)據(jù)從里面取出，可減少處理器從內(nèi)存里查找數(shù)據(jù)所用的時(shí)間；
4)操作系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)移動(dòng)指令賦值37至39號(hào)寄存器，能更有效地分配計(jì)算機(jī)內(nèi)存空
間；
5)從計(jì)算機(jī)硬件層面保護(hù)了系統(tǒng)資源，克服了傳統(tǒng)處理器通過(guò)軟件保護(hù)和固定分段保護(hù)來(lái)防止應(yīng)用程序非法訪(fǎng)問(wèn)的不足，可有效防止應(yīng)用程序的非法訪(fǎng)問(wèn)。


圖1為內(nèi)存地址彈性保護(hù)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。一種高性能微處理器寄存器，其特征在于:它包括:
用于接電源最低電位的永遠(yuǎn)為O的O號(hào)寄存器；
用作累加器的I 8號(hào)寄存器；
用作乘法時(shí)的高位，除法指令的商的9號(hào)寄存器；
用作乘法時(shí)的低位，除法指令的模的10號(hào)寄存器；
用作返回用戶(hù)模式時(shí)的指針、頁(yè)的11、12號(hào)寄存器；
用作處理器在用戶(hù)模式時(shí)的指令指針、頁(yè)的13、14號(hào)寄存器；
用作處理器在特權(quán)模式時(shí)的指令指針、頁(yè)的15、16號(hào)寄存器；
用作處理器在中斷模式時(shí)的指令指針、頁(yè)的17、18號(hào)寄存器，其頁(yè)只有處理器在kermode和int mode下才被數(shù)據(jù)移動(dòng)指令賦值，如果處理器在soft mode和urs mode,則不能賦值并產(chǎn)生異常；
用作軟件模式的指令指針、頁(yè)的19、20號(hào)寄存器，其頁(yè)只有處理器在ker mode、intmode和soft mode下才被數(shù)據(jù)移動(dòng)指令賦值,如果處理器在urs mode,則不能賦值并產(chǎn)生
異常；
用作堆棧指針、頁(yè)的21、22號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常；
用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的23、24號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常；
用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的25、26號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常；
用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的27、28號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常；用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的29、30號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常；
用作狀態(tài)寄存器的31號(hào)寄存器；
用作頁(yè)目錄寄存器的32號(hào)寄存器，保存虛擬地址轉(zhuǎn)換式的頁(yè)目錄低20位有效，高12位強(qiáng)制為0，否則在以后的產(chǎn)品中產(chǎn)生不可預(yù)知的錯(cuò)誤異常；
用作定時(shí)器(timer)的33 36號(hào)寄存器，當(dāng)timer使能后,處理器每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘寄存器的值加I，溢出時(shí)產(chǎn)生異常；
分別用作kenend、intend和softend寄存器的37 39號(hào)寄存器,在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存不大于4GB，在頁(yè)大小為4kb時(shí)低20位有效，高12位必須為0，否則產(chǎn)生指令錯(cuò)誤異常；
用作異常中斷寄存器的40號(hào)寄存器，15位為I開(kāi)啟中斷，反之不開(kāi)啟；16位為I開(kāi)啟異常，反之不開(kāi)啟；
用作頁(yè)異常線(xiàn)性地址的41號(hào)寄存器；
用作多任務(wù)模式下的頁(yè)開(kāi)始、結(jié)束位置的42、43號(hào)寄存器，當(dāng)操作系統(tǒng)開(kāi)啟了多任務(wù)保護(hù)模式，當(dāng)用戶(hù)頁(yè)的值在42、43號(hào)寄存器值之外時(shí)，處理器產(chǎn)生出界異常；
用作虛擬模式下的頁(yè)開(kāi)始、結(jié)束位置的44、45號(hào)寄存器，O號(hào)版本的內(nèi)核暫時(shí)保留；用作tlb入口的46 50號(hào)寄存器，該寄存器的21，22，23位的值是000，001，010，011，100，101，110，111，其中，011，100，101，110保留，供處理器架構(gòu)升級(jí)用，000作為O級(jí)cache的地址使用，001作為I級(jí)cache的地址使用，010作為2級(jí)cache的地址使用，111作為處理器的全局地址，供io輸入輸出塊使用，高9位是處理器的處理核心號(hào)碼，供處理器升級(jí)成多核心時(shí)使用，在操作系統(tǒng)為單核心時(shí)強(qiáng)制為0，低20位是cache的塊號(hào)；
用作內(nèi)部dma的51 53 號(hào)寄存器，51號(hào)寄存器為地址的開(kāi)始地址，52號(hào)寄存器為地址結(jié)束處(都是塊號(hào))；
53號(hào)寄存器保留；
54號(hào)寄存器保留；
用作分頁(yè)模式下的局部地址轉(zhuǎn)換的奇54、55號(hào)寄存器；
57 60 號(hào)寄存器分別作為 config0、configl、config2、config3,其中，對(duì)于 configO,25號(hào)寄存器低4位分別使能0，1，2，3號(hào)時(shí)鐘，第4位為I開(kāi)啟分頁(yè)機(jī)制，為O時(shí)開(kāi)啟分頁(yè)碼機(jī)制，第5位多任務(wù)保護(hù)模式，操作系統(tǒng)檢查當(dāng)前usr mode的指令頁(yè)碼的范圍是不是在42,43號(hào)寄存器之內(nèi)，不在其內(nèi)，則產(chǎn)生異常；其它位保留，configl、Config2、Config3分別保留;
分別用作trp、trpp寄存器的61、62號(hào)寄存器，在任務(wù)切換時(shí)，61、62號(hào)寄存器的值無(wú)需保存，其每行的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為32位，在任務(wù)切換時(shí)把寄存器的值放在里面，執(zhí)行該任務(wù)時(shí)將數(shù)據(jù)取出；
63號(hào)寄存器cpu屬性如下:
處理器核心數(shù) 9bit31，23
處理器當(dāng)前核心號(hào)9bit22，14
處理器的位數(shù) 3bit2，0
其它位保留；
其中，32 63號(hào)寄存器的值只有運(yùn)行在特權(quán)模式下才能被賦值。37 39號(hào)寄存器只有在ken mode下才能被賦值,其他mode賦值產(chǎn)生異常。指令集手冊(cè): mov指令
mov，其為數(shù)據(jù)移動(dòng)指令，該指令可以分成兩類(lèi):立即數(shù)移動(dòng)指令；寄存器間移動(dòng)指令。(I)立即數(shù)移動(dòng)指令可以分成有符號(hào)立即數(shù)移動(dòng)指令，無(wú)符號(hào)立即數(shù)移動(dòng)指令:
A:有符號(hào)立即數(shù)移動(dòng)指令
源操作數(shù)目的操作數(shù)(該處是目的寄存器)
movsb立即數(shù)， ％n8位有符號(hào)移動(dòng)指令
mo V sw立即數(shù)， ％n16位有符號(hào)移動(dòng)指令
movsd立即數(shù)， ％n32位有符號(hào)移動(dòng)指令
movsl立即數(shù)， ％n64位有符號(hào)移動(dòng)指令(在32位處理器中保
留)
B:無(wú)符號(hào)立即數(shù)移動(dòng)指令
源操作數(shù)目的操作數(shù)(該處是目的寄存器)
movb立即數(shù)， ％n8位有符號(hào)移動(dòng)指令
movw立即數(shù)， ％n16位有符號(hào)移動(dòng)指令
movd立即數(shù)， ％n32位有符號(hào)移動(dòng)指令
movl立即數(shù)， ％n64位有符號(hào)移動(dòng)指令(在32位處理器中保留)
C:寄存器間移動(dòng)指令: mov %n，％m (把源操作數(shù)所在的寄存器％n，送到目的操作數(shù)所在寄存器％m)
(2)特殊指令
指令注釋·
bck源操作數(shù)為11號(hào)寄存器，目的操作數(shù)為12號(hào)寄存器，返回用戶(hù)模式，在
跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，把用戶(hù)模式的指針，頁(yè)放入對(duì)應(yīng)的寄存器。usr無(wú)源目的操作數(shù)，處理器進(jìn)入用戶(hù)模式。ken無(wú)源目的操作數(shù)，處理器進(jìn)入核心模式。int無(wú)源目的操作數(shù)，處理器進(jìn)入中斷模式。saft無(wú)源目的操作數(shù)，處理器進(jìn)入軟件模式。pop從堆棧頁(yè)中彈出數(shù)據(jù)指令，彈出，壓人的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為處理器的位數(shù)。push把寄存器中的數(shù)據(jù)壓人堆棧中，彈出，壓人的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為處理器的位數(shù)。set置位命令,把目的操作數(shù)的(源操作數(shù)位)置I。clr清位命令,把目的操作數(shù)的(源操作數(shù)位)置O。tst測(cè)試命令，測(cè)試目的操作數(shù)的(源操作數(shù)位)位，結(jié)果放入(31號(hào)寄存器)狀態(tài)寄存器的27位。m3232位無(wú)符號(hào)數(shù)乘法指令，結(jié)果放到，低位放到10號(hào)寄存器，高位放到9號(hào)寄存器中。sm3232位有符號(hào)數(shù)乘法指令，結(jié)果放到，低位放到10號(hào)寄存器，高位放到9號(hào)寄存器中。d3232位無(wú)符號(hào)數(shù)除法指令，結(jié)果放到，結(jié)果放到9號(hào)寄存器，模放到10號(hào)寄
存器中。Sd3232位有符號(hào)數(shù)乘法指令，結(jié)果放到，結(jié)果放到9號(hào)寄存器，模放到10
號(hào)寄存器中。rstrest (只有處理器處在ken mode,才能執(zhí)行,否則產(chǎn)生異常)。如圖1所示，一種高性能微處理器寄存器的內(nèi)存地址彈性保護(hù)方法，它包括以下步驟:
51:操作系統(tǒng)通過(guò)賦值37、38、39號(hào)寄存器，分配處理器在各種模式下的內(nèi)存區(qū)間；
52:處理器檢查14號(hào)寄存器的內(nèi)容是否在39號(hào)寄存器中頁(yè)值之內(nèi)，如果在其范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生異常，如果不在其范圍之內(nèi)，則不產(chǎn)生異常；
53:處理器檢查16號(hào)寄存器的頁(yè)碼是否在O號(hào)到37號(hào)寄存器頁(yè)碼范圍中，如果在其范圍之內(nèi)，則不產(chǎn)生異常，如果不在其范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生異常；
54:處理器檢查18號(hào)寄存器的頁(yè)碼是否在37號(hào)寄存器和38號(hào)寄存器范圍中，如果在其范圍之內(nèi)，則不產(chǎn)生異常，如果不在其范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生異常； 55:處理器檢查20號(hào)寄存器的內(nèi)容是否在38號(hào)寄存器和39號(hào)寄存器中頁(yè)值之內(nèi)，如果在其范圍之外，則產(chǎn)生異常；
56:處理器把異常號(hào)送到異常中斷寄存器(40號(hào)寄存器)中，并且進(jìn)入int mode，當(dāng)前處理器的指令頁(yè)是18寄存器，指令指針是17號(hào)寄存器，處理器通過(guò)執(zhí)行操作系統(tǒng)的異常中斷處理程序，從而防止應(yīng)用程序的非法訪(fǎng)問(wèn)。
權(quán)利要求
1.一種高性能微處理器寄存器，其特征在于:它包括: 永遠(yuǎn)為O的O號(hào)寄存器； 用作累加器的1 8號(hào)寄存器； 用作乘法時(shí)的高位，除法指令的商的9號(hào)寄存器； 用作乘法時(shí)的低位，除法指令的模的10號(hào)寄存器； 用作返回用戶(hù)模式時(shí)的指針、頁(yè)的11、12號(hào)寄存器； 用作處理器在用戶(hù)模式時(shí)的指令指針、頁(yè)的13、14號(hào)寄存器； 用作處理器在特權(quán)模式時(shí)的指令指針、頁(yè)的15、16號(hào)寄存器； 用作處理器在中斷模式時(shí)的指令指針、頁(yè)的17、18號(hào)寄存器，其頁(yè)只有處理器在kenmode和int mode下才被數(shù)據(jù)移動(dòng)指令賦值，如果處理器在soft mode和urs mode,則不能賦值并產(chǎn)生異常； 用作軟件模式的指令指針、頁(yè)的19、20號(hào)寄存器，其頁(yè)只有處理器在ken mode、intmode和soft mode下才被數(shù)據(jù)移動(dòng)指令賦值,如果處理器在urs mode,則不能賦值并產(chǎn)生異常； 用作堆棧指針、頁(yè)的21、22號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常； 用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的23、24號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常； 用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的25、26號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常； 用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的27、28號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常； 用作頁(yè)寄存器的指針、頁(yè)的29、30號(hào)寄存器，當(dāng)給其控制的O級(jí)cache賦值時(shí)，檢查其特權(quán)級(jí)，當(dāng)特權(quán)級(jí)值小于等于它才被賦值，否則產(chǎn)生異常； 用作狀態(tài)寄存器的31號(hào)寄存器； 用作頁(yè)目錄寄存器的32號(hào)寄存器，保存虛擬地址轉(zhuǎn)換式的頁(yè)目錄低20位有效，高12位強(qiáng)制為0，否則在以后的產(chǎn)品中產(chǎn)生不可預(yù)知的錯(cuò)誤異常； 用作定時(shí)器timer的33 36號(hào)寄存器，當(dāng)timer使能后,處理器每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘寄存器的值加1，溢出時(shí)產(chǎn)生異常； 分別用作kenend、intend和softend寄存器的37 39號(hào)寄存器,在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存不大于4GB，在頁(yè)大小為4kb時(shí)低20位有效，高12位必須為0，否則產(chǎn)生指令錯(cuò)誤異常； 用作異常中斷寄存器的40號(hào)寄存器，15位為I開(kāi)啟中斷，反之不開(kāi)啟；16位為I開(kāi)啟異常，反之不開(kāi)啟； 用作頁(yè)異常線(xiàn)性地址的41號(hào)寄存器； 用作多任務(wù)模式下的頁(yè)開(kāi)始、結(jié)束位置的42、43號(hào)寄存器，當(dāng)操作系統(tǒng)開(kāi)啟多任務(wù)保護(hù)模式，當(dāng)用戶(hù)頁(yè)的值在42、43號(hào)寄存器值之外時(shí)，處理器產(chǎn)生出界異常； 用作虛擬模式下的頁(yè)開(kāi)始、結(jié)束位置的44、45號(hào)寄存器，O號(hào)版本的內(nèi)核暫時(shí)保留；用作tlb入口的46 50號(hào)寄存器，該寄存器的21，22，23位的值是000，001，010，011，.100，101，110，111，其中，011，100，101，110保留，供處理器架構(gòu)升級(jí)用，000作為O級(jí)cache的地址使用，001作為I級(jí)cache的地址使用，010作為2級(jí)cache的地址使用，111作為處理器的全局地址，供io輸入輸出塊使用，高9位是處理器的處理核心號(hào)碼，供處理器升級(jí)成多核心時(shí)使用，在操作系統(tǒng)為單核心時(shí)強(qiáng)制為0，低20位是cache的塊號(hào)； 用作內(nèi)部dma的51 53號(hào)寄存器，51號(hào)寄存器為地址的開(kāi)始地址，52號(hào)寄存器為地址結(jié)束處；. 53號(hào)寄存器保留；. 54號(hào)寄存器保留； 用作分頁(yè)模式下的局部地址轉(zhuǎn)換的奇54、55號(hào)寄存器； . 57 60 號(hào)寄存器分別作為 config0、configl、config2、config3,其中，對(duì)于 configO,25號(hào)寄存器低4位分別使能0，1，2，3號(hào)時(shí)鐘，第4位為I開(kāi)啟分頁(yè)機(jī)制，為O時(shí)開(kāi)啟分頁(yè)碼機(jī)制，第5位多任務(wù)保護(hù)模式，操作系統(tǒng)檢查當(dāng)前usr mode的指令頁(yè)碼的范圍是否在42、43號(hào)寄存器之內(nèi)，不在其內(nèi)，貝1J產(chǎn)生異常；其它位保留，configl、config2、config3分別保留；分別用作trp、trpp寄存器的61、62號(hào)寄存器，在任務(wù)切換時(shí)，61、62號(hào)寄存器的值無(wú)需保存，其每行的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為32 位，在任務(wù)切換時(shí)把寄存器的值放在里面，執(zhí)行該任務(wù)時(shí)將數(shù)據(jù)取出；. 63號(hào)寄存器cpu屬性如下: 處理器核心數(shù) 9bit31，23
處理器當(dāng)前核心號(hào)9bit22，14
處理器的位數(shù) 3bit2，0
其它位保留； 其中，32 63號(hào)寄存器的值只有運(yùn)行在ker mode, int mode和soft mode才能被賦值。
2.一種高性能微處理器寄存器的內(nèi)存地址彈性保護(hù)方法，其特征在于，它包括以下步驟: . 51:操作系統(tǒng)通過(guò)賦值37、38、39號(hào)寄存器，分配處理器在各種模式下的內(nèi)存區(qū)間； . 52:處理器檢查14號(hào)寄存器的內(nèi)容是否在39號(hào)寄存器中頁(yè)值之內(nèi)，如果在其范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生異常，如果不在其范圍之內(nèi)，則不產(chǎn)生異常；. 53:處理器檢查16號(hào)寄存器的頁(yè)碼是否在O號(hào)到37號(hào)寄存器頁(yè)碼范圍中，如果在其范圍之內(nèi)，則不產(chǎn)生異常，如果不在其范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生異常； 54:處理器檢查18號(hào)寄存器的頁(yè)碼是否在37號(hào)寄存器和38號(hào)寄存器范圍中，如果在其范圍之內(nèi)，則不產(chǎn)生異常，如果不在其范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生異常； 55:處理器檢查20號(hào)寄存器的內(nèi)容是否在38號(hào)寄存器和39號(hào)寄存器中頁(yè)值之內(nèi)，如果在其范圍之外，則產(chǎn)生異常； 56:處理器把異常號(hào)送到異常中斷寄存器中，并且進(jìn)入int mode，當(dāng)前處理器的指令頁(yè)是18寄存器，指令指針是17號(hào)寄存器，處理器通過(guò)執(zhí)行操作系統(tǒng)的異常中斷處理程序，從而防止應(yīng)用程序的非法訪(fǎng)問(wèn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高性能微處理器寄存器及其內(nèi)存地址彈性保護(hù)方法，方法包括賦值37、38、39號(hào)寄存器，分配內(nèi)存區(qū)間；檢查14號(hào)寄存器的內(nèi)容是否在39號(hào)中頁(yè)值之內(nèi)；檢查16號(hào)寄存器的頁(yè)碼是否在0號(hào)到37號(hào)頁(yè)碼范圍中；檢查18號(hào)寄存器的頁(yè)碼是否在37、38號(hào)范圍中；檢查20號(hào)寄存器的內(nèi)容是否在38、39號(hào)中頁(yè)值之內(nèi)；處理器把異常號(hào)送到異常中斷寄存器中，當(dāng)前處理器的指令頁(yè)是18號(hào)，指令指針是17號(hào)，處理器通過(guò)執(zhí)行操作系統(tǒng)的異常中斷處理程序。本發(fā)明在不改變指令集的前提下可輕易升級(jí)，采用淺流水線(xiàn)設(shè)計(jì)和精簡(jiǎn)流水線(xiàn)架構(gòu)，能夠更好地減少每條指令的時(shí)間，同時(shí)支持多發(fā)多射，提高處理器運(yùn)算速度，有效地分配內(nèi)存空間，有效防止應(yīng)用程序的非法訪(fǎng)問(wèn)。
文檔編號(hào)G06F9/48GK103150521SQ20131007297
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者周海林 申請(qǐng)人:周海林