3．23流水线结构指令交迭在不同部件内处理，这种工作方式称 - Read.PDF

第3章 嵌入式DM642开发系统 同半字或不同字节组成一个新字，解包类指令执行相反的过程。打包/ 解包类指令非常适合于图像处理的应用，可以将四个8比特位宽的图像 数据打包在一起进行操作，从而有效的提高了图像处理速度，这在我们 的视频编码应用中得到了充分利用。 3.23流水线结构 现代微处理器是用结构的复杂性来换取速度的提高。它把指令的处理分成几 个子操作，每个子操作在微处理器内部由不同的部件来完成 。对处理器的每个部 件来说，每隔1个时钟周期即可进入1条新指令，这样在同一时间内，就有多条 指令交迭在不同部件内处理，这种工作方式称为流水线4[1(pipeline)工作方式. DM642的特殊结构又可使多个指令包 (每包最多可达8条指令)交迭在不同部 件内处理，大大提高了微处理器的吞吐量。 如图3一所示，DM642中所有指令均按照取指 (Fetch)、译码 (Decode)和 执行 (Execute)3级流水线运行，每一级又包含几个节拍 (Stage)。其中，取指 级有4个节拍，分别是程序地址产生 (PqProgramaddressGenerate),程序地址 发送((PS,ProgramaddressSend),程序访问等待((PW,ProgramaddressreadyWait) 和程序取指包接受 ((PR,ProgramfetchpacketReceive):译码级有2个节拍，分 别是指令分配 (DP,instructionDisPatch)和指令译码 (DC,instructionDeCode)c 执行级最大有5个节拍。流水线操作以CPU周期为单位，一个执行包在流水线 1个节拍的时间就是 1个CPU周期。 图3-2DM642流水线 流水线是高性能的一个重要因素。若程序中的算法能使流水线保持充满，这 时的流水线效率最高。1个取指包 (FP,FetchPacket)包含8条指令，每个取指 包可分成1-8个执行包 (EP,ExecutePacket)，每个执行包是并行执行的指令， 每条指令在1个独立的功能单元内执行。图3一是理想的流水线时序，可是实际 中往往这样理想的流水线是难以实现的，流水线会因为各种原因被阻塞，其中最 常发生的一种情况是一个取指包中含有多个执行包。如图3-4所示，FP，取指包 中包含有三个执行包，那么在第8周期流水线就会被阻塞，因为FP。的第2个执 行包需要在这个周期被执行，而FPe,r只能停留在DC节拍，其它随后的指令包 都会被阻塞，第9周期，FP.第3个执行包被送入执行单元，流水线依然阻塞， 直到第10周期FP.+r的执行包被送入执行单元，流水线才恢复。因此，理想的8 条指令并行执行不容易做到，要尽可能保证所有的功能单元能够被使用，使每个 北京工业大学工学硕士学位论文 取指包只包含一个执行包，减少流水被阻塞的可能。 CI侧出口日匕 F h g e P a d e · 暨 巨 2 3 4 5 巴 T 荟 . 百 ， 鬓 门 阴 限 {， - 一 。 | P6 PS 曰月 曰R E l l 一 臼 - 曰 、 。 C O 工 即 戈 一 曰 瓣 一 E 3 一 曰 - 曰 曰 葬- 一 - - 、 闪 P O 曰 臼 PsPPSeamPli币5 日月 : 凡 PS P S 一 一 阴 P R - 一 附 ︸ D C 一 一 曰 创 一 一 曰 n + s 些 ， 1-- 一 竺 - 一 昭 阳 淤 一 P O - 一 一 一 刚 限 曰 P