C54x DSP的流水线操作以及优化指南

2万 · 2015-1-26 23:42

流水线操作是指各个指令以机器周期为单位，相差一个时间周期、连续并行发生的一系列总线操作，对于多总线的Harvard结构有可能使用同一条指令，在不同的机器周期内占用不同的总线资源；也可以不同指令在同一机器周期内占用不同的总线资源。基于C54x DSP的处理器平台，其流水线的特点会在具体的开发过程中可以利用来做优化。
1．'C54xx的六级流水指令

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Prefetch 预取指：用PC中的内容加载PAB

Fetch 取指：用读到的指令字加载PB

Decode译码: 用PB的内容加载IR,对IR的内容译码

Access寻址: 用数据1读地址，加载DAB；用数据2读地址，加载CAB；修正辅助寄存器和堆栈指针

Read读数：读数据1，加载DB；读数据2，加载CB；如果需要，将数据3写地址加载EAB

eXecute/write执行：执行指令；用写数据加载EB

'C54x流水线中所涉及的硬件

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当结果回存到存储器时，"Write"被分成2个阶段：
# 产生写地址（占用R Phase）
#写结果(占用X Phase)
'C54xx流水线中存储器存取操作

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DARAM的半周期寻址：对DARAM，一般读在前半周，写在后半周

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2、延时分支转移在流水线上的操作
延时分支转移（B b1）流水线图

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3、流水线的冲突
1）流水线冲突的原因及解决：
2）流水线冲突情况分析：
3）可能引发冲突的相关的硬件资源 (Phase≌Affected Phase)

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例： ORM #20, PMST ; OVLY=1 (2w, 2c)

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4）情况3，提前安排写操作
# 对MMR及有关的状态寄存器状态位都是在初始化时设置的，在整个运行期间不发生变化；
# 通常写入和读出之间差6个周期以上，可以避免冲突；
# 推荐常用指令：（这些指令可以把流水线冲突减到最小）

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5）情况4分析：

# 通常是在对MMR、ST0、ST1、PMST进行连续操作时会导致流水线的冲突；

# 解决方法：

① 采用保护性指令：这些指令在对MMR写操作时提前1 cycle（即在Read Phase）写入，因为一旦常数被译码，立即写入；

◎ 对MMR的写操作引起的冲突；

◎ 对双字或三字指令都提供隐含的保护周期；

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保护性指令列表

Protected Instructions Name	Pipeline Phase
STM #K, MMR	Read	2w/2c
POPM MMR	Read	1w/1c
MVDK Smem, dmad	Read	2w/2c
MVDD Xmem, Ymem	Read	1w/1c
MVMM MMR(src), MMR(dst)	Write	1w/1c
ST #K, Smem	Read	2w/2c
POPD Smem	Read	1w/1c
MVMD MMR, Smem	Read	2w/2c