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1、1嵌入式系统嵌入式系统第第2 2课课 流水线流水线中南大学信息科学与工程学院中南大学信息科学与工程学院23.2 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33.2 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
2、(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：PCPC-4PC-8PCPC-2PC-443.2 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-4PC-8PC+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 执行周期周期2周期周期1周期周期3周期周期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、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5 执行ADD PC,PC,#4指令后，PC的值为多少？3.2 ARM7TDMI思考题ADD PC，PC，#40x40000x40040x40080x400C地址指令PC取指取指译码译码执行执行PCPC-4PC-8ARM7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+40x400840x400C。注意：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少用跳转指令，解决的方案是尽量使用指令的“条件执行条件执行”功能。
