sparc處理器的特點和系統(tǒng)架構(gòu)

1.前言

前幾天我看到知乎上的一篇文章《時代的眼淚：繁華落盡的SPARC處理器》，大致上講述了一下Sun公司的UltraSPARC處理器，那時左批HP，右打IBM，儼然一副高高在上的氣勢。我覺得關(guān)于SPARC如何一步一步從繁榮走向平淡，又是如何在歷史長河中發(fā)揮出濃墨重彩的一筆，我就不贅述了。這篇文章主要想講一些sparc體系相關(guān)的問題。目前，sparc出現(xiàn)在我們視野中并不多見，其實利用sparc處理器一直是航天上面在使用，由于其特殊的架構(gòu)以及目前美國對中國的態(tài)勢，sparc架構(gòu)在航天、飛機(jī)、雷達(dá)領(lǐng)域的利用也是越來越重要了。目前北京微電子技術(shù)研究所出來幾款SPARC V8架構(gòu)的芯片。其中BM3803是基于SPARC V8體系結(jié)構(gòu)的32位精簡指令集的國產(chǎn)嵌入式芯片，其特點是功能強(qiáng)、可靠性高、低功耗等等。下面從系統(tǒng)啟動、窗口寄存器、中斷處理這三部分看一看sparc v8處理器的特點。

2.sparc 芯片啟動

一般我們做嵌入式開發(fā)都是用C語言編寫實現(xiàn)，但是實際情況是在系統(tǒng)上電的之后，一般往往會執(zhí)行一段初始化的匯編代碼，可以理解為系統(tǒng)的BIOS。對于sparc v8架構(gòu)的bm3803處理器來說，地址分配的空間如下：

一般芯片啟動后，執(zhí)行的代碼都是在0地址處，所以固話的代碼放在PROM的0地址空間。

需要設(shè)置C語言可以執(zhí)行的?？臻g以及清除bss段。其中棧的布局可以參考如下：

3.寄存器

3.1 窗口寄存器

由于sparc架構(gòu)集成伯克利RISC結(jié)構(gòu)，所以窗口寄存器是一個非常重要的特性。也就是說，一個窗口寄存器組只對當(dāng)前的程序可見。而一個寄存器窗口又包括32個無浮點的寄存器。

其中SPARC結(jié)構(gòu)規(guī)定了一共可以有N個寄存器的窗口，N=2^n(1=

當(dāng)執(zhí)行SAVE指令的時候，會分配一個全新的串口CWP-1。當(dāng)RESTORE指令的時候，則CWP+1。其中比較有特點是，兩個窗口是有8個寄存器公用的，也就是上一個窗口的out為下個窗口的in。這樣可以提高程序的執(zhí)行效率，不用每次都處理所有的寄存器。

3.2 特殊寄存器

一般來說，sparc上的特殊寄存器需要注意的是處理器狀態(tài)寄存器（Processor State Register）,名稱為%PSR。以及無效窗口標(biāo)識（Widows Invalid Register）,名稱為%WIM。

其中PSR主要控制CWP窗口操作、中斷處理開關(guān)、以及Trap的處理。

WIM是無效窗口，BIT0~BIT7分別對應(yīng)窗口0~7，在CPU的8個寄存器窗口中只能存在一個窗口為無效窗口。

4.中斷處理

在sparc處理中斷和陷阱的時候，也是首先需要一個trap的地址。一般進(jìn)入中斷后，會進(jìn)入另外的一個模式，也就是說會開辟一個新的窗口，比如我們做任務(wù)切換的時候。sparc是由軟中斷（TA指令）實現(xiàn)。SPARC架構(gòu)是不支持直接對PC指針進(jìn)行操作的，而是CPU在發(fā)生中斷的時候會將當(dāng)前的PC、NPC寫到寄存器%l1，%l2寄存器中。在中斷結(jié)束返回的時候，CPU自動將%l1，%l2內(nèi)容寫到PC、NPC。這樣就實現(xiàn)了一個任務(wù)的切換過程。

當(dāng)發(fā)生中斷的嵌套的時候，也是需要通過中斷棧來實現(xiàn)當(dāng)前現(xiàn)場的保存。

5.總結(jié)

上述簡單的介紹了一下sparc處理器的一些特點，熟悉處理器架構(gòu)的朋友可以看一下和arm、mips、risc-v體系架構(gòu)的設(shè)計的異同。通過學(xué)習(xí)和理解不同處理器架構(gòu)的設(shè)計思想，從而更好的掌握程序設(shè)計的最佳思路。