3＿第2课ARM体系结构＿流水线＿bx.pptVIP

* 　　 嵌入式系统 第2课 流水线 中南大学信息科学与工程学院 * 3.2 ARM7TDMI 三级流水线 ARM处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度，这样可使几个操作同时进行，并使处理和存储器系统连续操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令执行速度。 ARM7TDMI的流水线分3级，分别为： 取指 译码 执行 取指 译码 执行 处理指令并将结果写回寄存器 识别将要被执行的指令 从寄存器装载一条指令 * 3.2 ARM7TDMI 三级流水线 取指 译码 执行 取指 译码 执行 处理指令并将结果写回寄存器 识别将要被执行的指令 从寄存器装载一条指令 正常操作过程中，在执行一条指令的同时对下一条(第二条)指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出。 在ARM状态下，流水线上各指令的地址为： 在Thumb状态下，流水线上各指令的地址为： PC PC-4 PC-8 PC PC-2 PC-4 * 3.2 ARM7TDMI 三级流水线结构的指令执行顺序 PC 指令1 指令2 指令3 指令4 …… …… 程序存储器 PC-4 PC-8 PC+4 周期1 周期2 周期3 周期4 周期5 周期6 取指 译码 执行 取指 译码 执行 取指 译码 执行 取指 译码 执行 周期2 周期1 周期3 周期4 在第1个周期，PC指向指令1，此时指令1进入三级流水线的取指阶段。 1 在第2个周期，PC指向指令2，此时指令1进入三级流水线的译码阶段，同时取出指令2。 2 在第3个周期，PC指向指令3，此时指令1进入三级流水线的执行阶段，指令2进入译码阶段，取出指令3。 3 在第4个周期，指令1执行完成，指令2和指令3流水线推进一级，同时开始指令4的取指处理。 4 处理器执行一条指令的三个阶段 * 执行ADD PC,PC,#4指令后，PC的值为多少？ 3.2 ARM7TDMI 思考题 ADD PC，PC，#4 …… …… …… 0x4000 0x4004 0x4008 0x400C 地址 指令 PC 取指 译码 执行 PC PC-4 PC-8 ARM7的3级流水线 ADD 程序计数器R15(PC)总是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在执行”的指令或“正在译码”的指令。 一般来说，人们习惯性约定将“正在执行”的指令作为参考点，则： PC值＝当前程序执行位置＋8 注：ARM状态时，每条指令为4字节长。 PC指向0x4000地址，取指ADD指令。 PC指向0x4004地址，译码ADD指令。 PC指向0x4008地址，执行ADD指令，所以指令执行的结果为: PC=PC+4＝0x4008＋4＝0x400C。 …… …… 注意：只有流水线被指令填满时才能发挥最大效能，即每时钟周期完成一条指令的执行。如果程序发生跳转，流水线将被清空，这将需要几个时钟才能使流水线再次填满。因此，为提高程序执行效率，应尽可能少用跳转指令，解决的方案是尽量使用指令的“条件执行”功能。