arm流水線(參考版)
2025-08-08 01:42本頁(yè)面
【正文】 因此如何采用智能算法進(jìn)行指令序列的自動(dòng)調(diào)節(jié)以提高流水線的效率和進(jìn)一步提高處理器的并行性將 是以后研究的主要方向。 流水線技術(shù)提高了處理器的并行性，與串行CPU相比大大提高了處理器性能。 ②通過交換指令的順序，避免寄存器沖突造成的流水線停滯。 因此流水線的優(yōu)化問題主要應(yīng)從兩方面考慮： 代碼優(yōu)化前后執(zhí)行周期數(shù)對(duì)比的情況如表1所列。 通過兩段代碼的比較可看出：調(diào)整之前整個(gè)拷貝過程總共使用了244個(gè)時(shí)鐘周期，調(diào)整了循環(huán)內(nèi)指令的順序后，總共使用了125個(gè)時(shí)鐘周期就完成了同樣的工作，時(shí)鐘周期減少了119個(gè)，縮短了119／244=48．8％，效率提升十分明顯。 調(diào)整之后，T1～T5是5個(gè)單獨(dú)的時(shí)鐘周期，T6～T13是一個(gè)循環(huán)，同樣在T14的時(shí)候BNE指令在寫LR的同時(shí)，循環(huán)的第一條指令開始取指，所以總的指令周期數(shù)為5+1010+29+2=125。 ①將兩個(gè)循環(huán)合并成一個(gè)循環(huán)能夠充分減少循環(huán)跳轉(zhuǎn)的次數(shù)，減少跳轉(zhuǎn)帶來的流水線停滯；在T12的時(shí)候?qū)慙R的同時(shí)，開始對(duì)循環(huán)的第一條語句 進(jìn)行取指，所以總的流水線周期數(shù)為3+1010+29=121。 實(shí)現(xiàn)第一個(gè)拷貝過程的程序代碼及指令的執(zhí)行時(shí)空?qǐng)D如圖7所示。 Oxl000處的內(nèi)容：1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 要實(shí)現(xiàn)把內(nèi)存地址0x1000和Ox2000處的數(shù)據(jù)分別拷貝到0x8000和0x9000處。下面詳細(xì)分析代碼優(yōu)化對(duì)流水線的優(yōu)化和效率的提高。3．2 五級(jí)流水線優(yōu)化 雖然流水線互鎖會(huì)增加代碼執(zhí)行時(shí)間，但是為初期的設(shè)計(jì)者提供了巨大的方便，可以不必考慮使用的寄存器會(huì)不會(huì)造成沖突；而且編譯器以及匯編程序員可以通過重新設(shè)計(jì)代碼的順序或者其他方法來減少互鎖的數(shù)量。)如圖6所示，LDR指令寫R9是在回寫階段，而MOV中需要用到的 R9正是LDR在回寫階段將會(huì)重新寫入的寄存器值，MOV譯碼需要等待，直到LDR指令的寄存器回寫操作完成。如果當(dāng)前指令(A)的目的操作數(shù)寄存器和下一條指令(B)的源操 作數(shù)寄存器一致，B指令就需要等A回寫之后才能譯碼。 五級(jí)流水線只存在一種互鎖，即寄存器沖突。圖5為五級(jí)流水線的運(yùn)行情況(五級(jí)流水線也存在阻斷)。 五級(jí)流水線技術(shù)在多種RISC處理器中被廣泛使用，被認(rèn)為是經(jīng)典的處理器設(shè)計(jì)方式。在Oxl8處有IRO中斷向量(也就是跳向IRQ中斷服務(wù)的指令)，接下來執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，流水線 又被阻斷，執(zhí)行0x18處指令的過程同帶有分支指令的流水線。在中 斷發(fā)生時(shí)，處理器總是會(huì)執(zhí)行完當(dāng)前正被執(zhí)行的指令，然后去響應(yīng)中斷。2．3 中斷流水線此外還有一些特殊的轉(zhuǎn)移指令需要在跳轉(zhuǎn)完成的 同時(shí)
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