3-第2課 ARM體系結(jié)構(gòu)-流水線(xiàn)-bx

1、嵌入式系統(tǒng)第2課 流水線(xiàn)13.2 ARM7TDMI三級(jí)流水線(xiàn) ARM處理器使用流水線(xiàn)來(lái)增加處理器指令流的速度，這樣可使幾個(gè)操作同時(shí)進(jìn)行，并使處理和存儲(chǔ)器系統(tǒng)連續(xù)操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令執(zhí)行速度。 ARM7TDMI的流水線(xiàn)分3級(jí)，分別為：取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行處理指令并將結(jié)果寫(xiě)回寄存器識(shí)別將要被執(zhí)行的指令從寄存器裝載一條指令23.2 ARM7TDMI三級(jí)流水線(xiàn)取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行處理指令并將結(jié)果寫(xiě)回寄存器識(shí)別將要被執(zhí)行的指令從寄存器裝載一條指令 正常操作過(guò)程中，在執(zhí)行一條指令的同時(shí)對(duì)下一條(第二條)指令進(jìn)行譯碼，并將第三條指令從存儲(chǔ)器中取出。 在ARM狀態(tài)下，流水線(xiàn)上各指令

2、的地址為： 在Thumb狀態(tài)下，流水線(xiàn)上各指令的地址為：PCPC-4PC-8PCPC-2PC-433.2 ARM7TDMI三級(jí)流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的指令執(zhí)行順序PC指令1指令2指令3指令4程序存儲(chǔ)器PC-4PC-8PC+4周期1周期2周期3周期4周期5周期6取指 譯碼 執(zhí)行取指 譯碼 執(zhí)行取指 譯碼 執(zhí)行取指 譯碼 執(zhí)行周期2周期1周期3周期4 在第1個(gè)周期，PC指向指令1，此時(shí)指令1進(jìn)入三級(jí)流水線(xiàn)的取指階段。1 在第2個(gè)周期，PC指向指令2，此時(shí)指令1進(jìn)入三級(jí)流水線(xiàn)的譯碼階段，同時(shí)取出指令2。2 在第3個(gè)周期，PC指向指令3，此時(shí)指令1進(jìn)入三級(jí)流水線(xiàn)的執(zhí)行階段，指令2進(jìn)入譯碼階段，取出指令3。3 在第

3、4個(gè)周期，指令1執(zhí)行完成，指令2和指令3流水線(xiàn)推進(jìn)一級(jí)，同時(shí)開(kāi)始指令4的取指處理。4處理器執(zhí)行一條指令的三個(gè)階段4 執(zhí)行ADD PC,PC,#4指令后，PC的值為多少？3.2 ARM7TDMI思考題ADD PC，PC，#40 x40000 x40040 x40080 x400C地址指令PC取指譯碼執(zhí)行PCPC-4PC-8ARM7的3級(jí)流水線(xiàn)ADD 程序計(jì)數(shù)器R15(PC)總是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在執(zhí)行”的指令或“正在譯碼”的指令。 一般來(lái)說(shuō)，人們習(xí)慣性約定將“正在執(zhí)行”的指令作為參考點(diǎn)，則：PC值當(dāng)前程序執(zhí)行位置8 注：ARM狀態(tài)時(shí)，每條指令為4字節(jié)長(zhǎng)。 PC指向0 x4000地址，取指ADD指令。 PC指向0 x4004地址，譯碼ADD指令。 PC指向0 x4008地址，執(zhí)行ADD指令，所以指令執(zhí)行的結(jié)果為: PC=PC+40 x400840 x400C。注意：只有流水線(xiàn)被指令填滿(mǎn)時(shí)才能發(fā)揮最大效能，即每時(shí)鐘周期完成一條指令的執(zhí)行。如果程序發(fā)生跳轉(zhuǎn)，流水線(xiàn)將被清空，這將需要幾個(gè)時(shí)鐘才能使