本文主要介绍C6000系列DSP的流水线操作,从指令的fetch,指令译码到执行阶段,介绍了Fetch packet和execute packet以及延时slot和latency的概念,最后比较了C62x/C64x/67x等系列DSP的流水线的区别并介绍了TI的增强VLIW架构的含义。
流水线的概念
计算机流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。在CPU中把指令的执行分成若干个不同的功能单元来实现,由若干个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线,然后将一条X86指令分成若干步后再由这些电路单元分别执行,这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令,因此提高CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水,即指令预取、译码、执行、写回结果,浮点流水又分为八级流水。
C6000 系列DSP流水线的各个阶段
基本的流水线阶段
图1. C6000系列DSP的指令预取和指令译码流水线阶段
图2. C6000系列DSP的指令执行流水线阶段
C62x处理器的指令延时
说明 |
指令 |
指令延时 |
等待时间 |
单周期 |
除了以下指令 |
0 |
0+1=1 |
乘法 |
MPY/SMPY |
1 |
2 |
数据加载 |
Ldb/ldh/ldw/lddw |
4 |
5 |
跳转 |
B |
5 |
6 |
指令加载包和执行包
一个指令加载包是256bit,即8个32bit指令,即片内是256bit的程序总线宽度。
指令执行包是根据指令是否并行决定的,因而一个指令加载包可能包含多个指令执行包,一个指令执行包可能跨越两个指令加载包。
指令区别
C64x的指令流水延时
说明 |
指令 |
指令延时 |
等待时间 |
简单乘法单元指令 |
BITC, BITR, AVGx, |
1 |
1+1=2 |
扩展的乘法指令 |
DOTPx, MPYHI, |
3 |
4 |
C64x+的指令增强
No Unit |
.L |
.M |
.S |
0 Delay Slots DINT RINT N/A SPKERNEL SPKERNELR SPLOOP |
0 Delay Slots ADDSUB ADDSUB2 DPACK2 DPACKX2 SADDSUB SADDSUB2 SHFL3 SSUB2 |
3 Delay Slots CMPY MPY32 CMPYR CMPYR1 MPY32 DDOTP4 DDOTPH2 MPY32SU DDOTPH2R MPY32U DDOTPL2 MPY32US DDOTPL2R SMPY32 GMPY XORMPY |
5 Delay Slots CALLP 0 Delay Slots DMV RPACK2 |
VLIW以及增强的VLIW
标准的VLIW是指指令执行包和指令加载包完全相同。而TI的VelociTI的VLIW架构运行FP不同于EP。TI的加载包FP是256bit,而执行包最少可以是单指令的32-bit,因而,这种架构能大幅减少code size,那么需要的内存空间减少从而提高系统性能。对于C62x和C67x的处理器,其EP执行包不能跨越FP加载包,因而需要把EP对齐到FP内,而C64x, C64x+, C672x则EP能跨越FP边界。
注释:
Fetch Packet: 8 32-bit instr (256 bits)
VLIW: Very Long Instr Word (256 bits)
EP: Execute Packet (group of || instr)
Instruction: 32-bit opcode
VelociTI: TI's VLIW Architecture w/EP's
Reference:
http://www.blog.163.com/houh-1984
http://processors.wiki.ti.com/
本文主要介绍C6000系列DSP的流水线操作,从指令的fetch,指令译码到执行阶段,介绍了Fetch packet和execute packet以及延时slot和latency的概念,最后比较了C62x/C64x/67x等系列DSP的流水线的区别并介绍了TI的增强VLIW架构的含义。