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2012-12-11 09:26:23

原文地址:mips的分支延迟槽 作者:galaren77

分支延迟槽 (Branch delay slot),简单地说就是位于分支指令后面的一条指令,不管分支发生与否其总是被执行,而且位于分支延迟槽中的指令先于分支指令提交 (commit)。

看这个代码片段 (MIPS Linux kernel 2.6.17):

801ea9d4:     02202021     move   a0,s1
801ea9d8:     27a50014     addiu   a1,sp,20
801ea9dc:     0c0ce551     jal   80339544
801ea9e0:     02403021     move   a2,s2
801ea9e4:     8e240010     lw     a0,16(s1)

MIPS ABI 规定,a0, a1, a2, a3 用于过程调用的前四个参数,则 move a2, s2 是置第 3 个参数,但是其位于函数调用指令 jal 80339544(分支指令)之后,这个 move a2, s2 所在地即为一个分支延迟槽。

分支延迟槽在 DSP 和历史较悠久的 RISC 上比较常见,如 MIPS,  SPARC 等。PowerPC 和 ARM 上则没有这个概念。x86 亦没有。

2. 缘起

引入分支延迟槽的目的主要是为了提高流水线的效率。

流水线中,分支指令执行时因为确定下一条指令的目标地址(紧随其后 or 跳转目标处?)一般要到第 2 级以后,在目标确定前流水线的取指级是不能工作的,即整个流水线就“浪费”(阻塞)了一个时间片,为了利用这个时间片,在体系结构的层面上规定跳转指令后 面的一个时间片为分支延迟槽(branch delay slot)。位于分支延迟槽中的指令总是被执行,与分支发生与否没有关系。这样就有效利用了一个时间片,消除了流水线的一个“气泡”。

这种技术手段主要用在早期没有分支预测的流水线 RISC 上,现代 RISC 实现早就可以在流水线的第 2 级利用分支预测确定跳转的目标,分支延迟槽也就失去了原来的价值,但为了软件上的兼容性 MIPS 和 PowerPC 还是作了保留。

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Q2:为什么延迟槽异常返回地址是上一条指令的地址
A2:
简单说,一般CPU的分支跳转指令流是:分支跳转指令->目标跳转地址的指令。
但MIPS的分支跳转指令流是:分支跳转指令 -> 延时槽指令 -> 目标跳转地址的指令,在中间操作插入了延时槽指令。
如果PC在延时槽地址中断后,中断返回时返回延时槽指令地址的话,重新执行的指令流为:延时槽指令 -> (延时槽指令地址 + 4)地址的指令,没有跳转了!
这样完全不是原来被打断的指令流,为了恢复原来的指令流需要将延时槽前面的跳转指令重新装入流水线。
所以在延时槽中断后返回的地址是前面跳转指令的地址。

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