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從MOV PC,PC;看ARM的三級流水線過程

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ID:105323 發表于 2016-3-4 14:17 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
乍看這個指令好像是NOP;實際上遠遠不是,他實現的功能是跳轉到當前指令下面第二條指令處執行
原因是PC寄存器中存儲的是當前指令的地址+8,當人為改變PC寄存器的值之后,程序會跳轉執行,這樣,這條命令之后,假設這條命令的地址為X,那么PC在執行這條命令之后為X+8,
之后周期開始fetch X+8,
下一個周期開始decode X+8同時fetch X+12,
再一個周期開始excute X+8,同時decode X+12,同時fetch X+16,
這時候PC的值已經變成X+16, 也就是正在執行的X+8再加上8,如此繼續。。。
實現同樣目的的還有 ADD PC,PC,#0;當然B PC也可以,但是沒有前者來的快速。
請高手看看這樣理解是否正確?
+======以下為轉載==========
看到匯編中很多關于程序返回與中斷返回時處理地址都很特別,仔細想想原來是流水線作用的效果。所以,決定總結學習下ARM流水線。
ARM7處理器采用3級流水線來增加處理器指令流的速度,能提供0.9MIPS/MHz的指令處理速度。
PS:
MIPS(Million Instruction PerSecond)表示每秒多少百萬條指令。比如0.9MIPS,表示每秒九十萬條指令。
MIPS/MHz表示CPU在每MHz的運行速度下可以執行多少個MIPS,如0.9MIPS/MHz則表示如果CPU運行在1MHz的頻率下,每秒可執行90萬條指令。
如果CPU在20MHz的頻率下,每秒可運行1800萬條指令。MIPS/MHz可以很好的反映CPU的速度。

3級流水線如上圖所示(PC為程序計數器),流水線使用3個階段,因此指令分3個階段執行。
⑴ 取指從存儲器裝載一條指令
⑵ 譯碼識別將要被執行的指令
⑶ 執行處理指令并將結果寫會寄存器
以前學過的51單片機,因為比較簡單,所以它的處理器只能完成一條指令的讀取和執行后,才會執行下一條指令。這樣,PC始終指向的正在“執行”的指令。
而對于ARM7來說因為是3級流水線,所以把指令的處理分為了上面所述的3個階段。
所以處理時實際是這樣的:ARM正在執行第1條指令的同時對第2條指令進行譯碼,并將第3條指令從存儲器中取出。
所以,ARM7流水線只有在取第4條指令時,第1條指令才算完成執行。
下圖生動形象的說明了3級流水線的處理機制

下面一句話很關鍵:無論處理器處于何種狀態,程序計數器R15(PC)總是指向“正在取指”的指令,而不是指向“正在執行”的指令或者正在“譯碼”的指令。
人們一般會習慣性的將正在執行的指令作為參考點,即當前第1條指令。
所以,PC總是指向第3條指令,
或者說PC總是指向當前正在執行的指令地址再加2條指令的地址。


處理器處于ARM狀態時,每條指令為4個字節,所以PC值為正在執行的指令地址加8字節,即是:
PC值 = 當前程序執行位置 + 8字節
處理器處于Thumb狀態時,每條指令為2字節,所以PC值為正在執行的指令地址加4字節,即是:
PC值 = 當前程序執行位置 + 4字節
下面一個例子就很好的說明了這個問題。
[plain] viewplaincopyprint?

  • 0x4000 ADDPC,PC,#4;正在被執行的指令,將地址值PC+4寫入PC
  • 0x4004 ...;正在被譯碼的指令
  • 0x4008...;正在被取指的指令,PC=0x4008
  • 0x400C ...;PC+4=0x400C

另外補充說明就是根據以上描述,流水線只有被指令填滿時才能發揮最大效能,即每時鐘周期完成一條指令的執行(僅單周期指令)。
如果程序發生跳轉,流水線會被清空,這將需要幾個時鐘才能使流水線被再次填滿。因此,盡量地少使用跳轉指令可以提高程序的執行效率
   這樣你就知道了,如果返回的時候返回PC,那么中間就有一個指令沒有執行,所以用SUB pclr-irq #4。

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