11DSP技术第十一讲流水线操作技术.ppt

* 第十一讲 流水线操作技术 一、流水线操作 二、延迟分支转移的流水线图 三、条件招待指令的流水线图： 四、双寻址存储器的流水线冲突 五、流水线的冲突问题 一、流水线操作： 1）C54x采用6级流水线，可同时处理6条指令的6个不同阶段2）一条k级流水线能在k+(n-1)个机器周期内处理n条指令，非流水线处理n条指令需kn个机器周期。 X（执行） R（读数） A（寻址） D（译码） F（取指） P（预取指） 预取指级：用PC的内容加载PAB（1个机器周期） 取指级： 用读取到的指令字加载PB（1个机器周期） 译码级： PB上的内容加载指令寄存器（IR），并对IR内的指令进行译码，产生招待指令所需的一系列控制信号（1个机器周期） 寻址级： 根据译码结果，在需要的情况下将数据1读地址加载DAB、将数据2读地址加载CAB，修正辅助寄存器和堆栈指针（1个机器周期） 读数级： 将读数据1加载DB、读数据2加载CB，如果需要，用数据3读地址加载EAB，以便在流水线的最后一级将数据送到数据存储空间（1 个机器周期） 执行级： 招待指令，或用写数据加载EB（1个机器周期） 指令字、单字指令、双字指令、多字指令： 指令字：表征指令的二进制代码，由操作码和操作数组成 单字指令：由16位二进制代码表示的指令（1个字） 双字指令：由32位二进制代码表示的指令（2个字） 多字指令：由n*16位二进制代码表示的指令（n个字） 说明： 1）执行一条单字指令至少需要1个指令周期（6个机器周期） 2）执行一条双字至少指令需要2个指令周期 3）程序执行时只能依次取出一个指令字，不能同时取出两个指令字 1）一般在一条指令中操作码占8位，其余为操作数位 2）若操作数不超过8位则为单字指令，否则为双字指令或多字指令 3）立即数寻址为单字（立即数为3、5、8位），双字（9、16位） 4）绝对地址寻址为双字指令 5）累加器寻址为单字（*ARx)或双字(#lk)指令 6）直接寻址为单字指令 7）间接寻址为单字指令 9）存储器映象寄存器寻址为单字指令 10）堆栈寻址为单字指令 双操作数间接寻址的指令格式：单字指令 1个机器周期 1个指令周期 机器周期、指令周期、 基于流水线的存储器访问： 二、延迟分支转移的流水线图： 知道要转移 得到转移的地址 将要转移的地址加载PAB 取出要转移的地址完成转移 执行转移只需2个周期 实现转移 浪费2个周期 开始执行转移 实际使用4个周期 1）被冲洗掉的两个单周期指令并不占用转移后指令的执行阶段，它们刚好是在各级错开的。 2）在6级流水线中执行双字分支转移转移指令必须要4个机器（即4个指令周期）周期才能完成，在满流水线中执行相当于只占用2个指令周期（机器周期），另外2个周期可用于完成两条单周期指令或一条双周期指令的执行。 3）采用延迟分支转移指令可利用转移指令后的两个周期，即在延迟分支转移指令后安排两条单周期或一条双周期指令，该指令不能是分支或重复指令。 4）具有延迟操作功能的指令有： BD FBD BACCD FBACCD BANZD CALLD CALLD FCALLD FCALLD RETD FRETD RETED FRETED RETFD FRETD CCD RCD 例3-9 在完成R=（x+y)*z操作后转移至next r的程序段有两种编写方式： 利用普通分支转移指令B LD @ x , A ADD @ y , A STL A , @ s LD @ s , T MPY @ z , A STL A , @ R B next 共8个指令字，10个指令周期 利用延迟分支转移指令BD LD @ x , A ADD @ y , A STL A , @ s LD @ s , T BD next MPY @ z , A STL A , @ R 共8个指令字，8个指令周期 利用普通分支转移指令B LD @ x , A ADD @ y , A STL A , @ s LD @ s , T MPY @ z , A STL A , @ R B next 共8个指令字，10个指令周期 LD @ x , A