流水线存储器访问与ARM处理器执行

"该资源是富士电机fuji alpha5 smart plus用户手册的一部分，主要讨论了含有存储器访问指令的流水线状态，特别是在ARM处理器中的实现。内容涉及到流水线指令顺序、存储器访问指令（如STR）的影响以及程序计数器（PC）在流水线执行模式下的工作原理。" 在计算机体系结构中，流水线是一种优化处理器性能的技术，它通过分段处理指令来实现连续执行，从而减少指令执行时间。在描述的流水线过程中，可以看到每个时钟周期都可以执行一条指令。例如，ADD指令在第一个周期被取出，第二个周期被译码并执行，同时SUB指令被取出并译码。这个过程在图2.5中展示得很清楚。 然而，当遇到像STR这样的存储器访问指令时，流水线的执行会有所不同。STR指令需要访问主存储器，这会导致数据传输周期和地址计算周期，这些操作都会占用数据通路。因此，STR之后的指令执行会受到内存访问的延迟影响，因为每个周期都在进行存储器操作。在图2.6中，这种延迟和数据通路的使用情况被形象地描绘出来。 ARM处理器采用流水线执行模式，其中程序计数器PC必须提前计算，以便在指令的第一个周期就准备取下下条指令。例如，在给定的指令序列中，LDR pc，[pc，＃0]会在当前地址加载新的跳转地址，PC必须指向当前指令的8个字节之后，以提前获取后续指令。这在处理分支和跳转时显得尤为重要。尽管通常情况下，汇编器或编译器会自动处理这些细节，但程序员在编写涉及PC的特殊代码时仍需留意。 ARM系列微处理器是由ARM公司设计的，这家公司以其高效能、低成本和低功耗的RISC架构著名，广泛应用于嵌入式系统、移动设备和多媒体设备。ARM公司通过授权设计给其他半导体制造商生产芯片，这种商业模式使其在全球范围内拥有众多合作伙伴，推动了RISC技术的发展和广泛应用。 1.1.1章节简单介绍了ARM公司的历史，从1990年成立至今，ARM经历了快速的成长，成为全球领先的微处理器设计方案供应商，其产品和合作伙伴遍布全球，对嵌入式计算和移动通信领域产生了深远影响。