一个Branch Delay Slot的问题

Wind-Son

在毛德操《嵌入式系统》中有这样的内容：
SUB   r2,  r3, r2
BEQ   r2,  0,  finished
ADD   r2,  r4, r2
...........
这里的意图是从寄存器r2的内容减去r3的内容，如果结果为0，就转移到标号为finished的程序段，而那段程序则因此而可以假定开始时r2的内容必定为0。……可是这里的条件转移指令BEQ在完成转移，CPU开始从finished处取下一条指令之际，流水线中紧跟在后面的ADD指令也已经执行完毕了，于是当开始执行finished时r2的内容不为0……这里的原因在于ADD指令的位置恰好在转移空当上。最简单的解决办法就是在每条转移指令后面放上一条NOP指令。可是这样就浪费了，所以实际上总是把转移目标（在这里是finished）处的第一条指令移过来，放在转移指令后面……

有两个问题：
1、按照3级流水线，转移后面的ADD指令应该处于decode阶段，而不是execute阶段，怎么会已经执行完毕从而改变r2的内容呢？

2、把标号finished处的第一条指令移到转移指令BEQ的后面，如果BEQ指令执行的结果是跳转到finished处当然是对了；如果条件比较的结果不是跳转而是继续向下执行，结果不就有问题了吗？

谁能解释一下，谢谢

cjaizss

1.流水线互锁下，不会有逻辑上的冲突。如果不互锁，则不能这么写代码。
2.这属于分支预测，如果预测错误，为了保证结果正确，是要被“惩罚”的

Wind-Son

原帖由 cjaizss 于 2008-6-24 13:26 发表
1.流水线互锁下，不会有逻辑上的冲突。如果不互锁，则不能这么写代码。
2.这属于分支预测，如果预测错误，为了保证结果正确，是要被“惩罚”的

“惩罚”是将流水线上错误分支上的指令清洗掉，再重新载入正确分支上的指令吗？如果是这样，如果流水线上错误分支上的指令已经造成了对寄存器的更改，如何保证被正确恢复？
流水线互锁下好像相关资料很少。我关心的是，这种分支预测错误带来的问题对程序设计是否透明？从程序员的角度，什么时候应该注意这种分支预测错误带来的问题。

cjaizss

分支预测错误一般来说是CPU全权代理了

prolj

可以做一点软流水方面的，不过也是编译器代理。用汇编的话，可以用有用的指令填充延时槽。

fineamy

1、按照3级流水线，转移后面的ADD指令应该处于decode阶段，而不是execute阶段，怎么会已经执行完毕从而改变r2的内容呢？

跳转指令需要2个指令周期完成分支预测，而add等指令需要1个指令周期就可以完成。这样它的第二个指令周期刚好作为延时槽执行一条add指令。

2、把标号finished处的第一条指令移到转移指令BEQ的后面，如果BEQ指令执行的结果是跳转到finished处当然是对了；如果条件比较的结果不是跳转而是继续向下执行，结果不就有问题了吗？

所以要看程序是否允许这样了。实际上大多数情况下，都是放nop在延时槽内！

jackalchen

这边问一下, 类似这种Delay Slot处放指令的处理, 是在C语言等高级语言在被编译为汇编代码时由编译器处理的, 还是说在汇编代码级别由汇编器(as, gas)把汇编代码编译为二进制代码时处理的?

如果是第二种, 则手工书写汇编代码就要考虑delay slot等这些东西了(岂不是很烦?).

还有就是LZ说的三级流水线, 这种假定不太准, 5级流水的RISC CPU, X86有更深级的流水线.

如果有大大给我能详细讲一下分支预测,  就非常感谢了.

prolj

是在C语言等高级语言在被编译为汇编代码时由编译器处理的
但是，手工书写汇编代码就要考虑delay slot等这些东西，烦不烦看个人感受，你要是说只有汇编程序员才是真正的程序员我也认同你
某个版本的ARM好像有9级流水，经典的MIPS是5级流水的。x86_64有10几－20几吧？（这个不知道，瞎猜的 ）你看一下Intel的手册就知道了

Wind-Son

上面各位的回复中两种意见都有
一种认为分支预测错误的恢复由硬件管理，因而对程序完全透明
一种认为在汇编一级要加以处理。
到底哪种对呢？
X86流水线更长，但好像以前没有听说需要在汇编中考虑分支预测的问题的。此外还有乱序并发执行，但似乎乱序执行的前提是相邻指令没有干扰。

cjaizss

恢复由硬件管理（即逻辑上正确，损失的只有惩罚），但有些硬件并不可恢复，即便可以恢复，你也不可坐视不管。