Функционирование конвейера

Как и во всех микроконтроллерах AVR, в микроконтроллерах семейства Mega используется конвейерная обработка команд.

Во время первого такта происходит выборка команды из памяти программ и ее декодирование. Во время второго такта эта команда выполняется, а параллельно происходит выборка и декодирование второй команды и т. д. В результате фактическое время выполнения каждой команды получается равным одному периоду тактового сигнала микроконтроллера. Однако в действительности при отработке ряда команд происходит нарушение нормального функционирования конвейера. Наиболее ярким примером команд, вызывающих подобное нарушение, являются команды условного перехода, а также команды типа Test & Skip (проверка и пропуск следующей команды, если результат проверки положительный). В случае истинности условия, проверяемого командой условного перехода, выполнение программы должно будет продолжиться с некоторого адреса. А поскольку в конвейере уже произошла выборка команды, расположенной за командой перехода, время выполнения команды перехода увеличивается на один такт, во время которого происходит выборка команды, расположенной по требуемому адресу.

Во втором случае, при выполнении команд типа Test & Skip следующая команда не выполняется в случае истинности проверяемого условия. Однако выборка пропускаемой команды уже произошла. Вследствие того, что команда не выполняется, в конвейере образуется «дырка», которая заключается в пропуске одного (или двух, в зависимости от пропускаемой команды) тактов. Соответственно, команды типа Test & Skip выполняются за один такт, если результат проверки условия отрицателен, и за два или три такта, если он положителен.

Очевидно, что в результате выполнения любой команды, изменяющей содержимое счетчика команд (команды перехода, вызова и возврата из подпрограмм), также возникает «разрыв» в работе конвейера, вследствие чего происходит задержка выполнения программы на несколько тактов. Длительность задержки составляет от двух до четырех тактов в зависимости от команды.

3.3.3 Команды типа «проверка/пропуск» (Test & Skip)

В командах этого типа производится проверка условия, результат которой влияет на выполнение следующей команды. Если условие истинно, следующая команда игнорируется. Например, команда SBRS Rd, b проверяет бит b регистра Rd и игнорирует следующую команду, если этот бит равен 1. При истинности проверяемого условия в конвейере возникает задержка, связанная с необходимостью загрузки и декодирования новой команды. Длительность задержки зависит от размера пропускаемой команды и составляет от одного до трех тактов.

Дата добавления: 2015-07-13