使用ARMv7的指令数

我试图计算出执行延迟函数将使用多少CPU周期

delay:
 subs r0, #1
 bmi end_delay
 b delay
 end_delay:
 bx lr

直觉上，我觉得每条指令应该使用1个CPU周期，因此如果我们从r0=4开始，则需要11个CPU周期才能完成以下代码，对吗

直觉上，我觉得每条指令应该使用1个CPU周期，因此如果我们从r0=4开始，则需要11个CPU周期才能完成以下代码，对吗

鉴于大多数ARM CPU有3-8个流水线级，很难说大部分指令需要1个CPU周期才能完成。理想情况下，在流水线CPU中，每个时钟周期应该有一条指令失效，但由于上面的代码有分支语句，因此很难判断每条指令何时失效。原因是我们不知道如何处理分支，因为这取决于处理器设计中的分支预测器算法。因此，如果预测正确，管道中不会插入任何气泡，但如果预测正确，则取决于内部管道结构，取决于插入的气泡数量。对于理想的5级管道，每次错误预测都会插入2个气泡。但这同样取决于内部微体系结构的实现。

---

因此，很难准确预测上述代码需要多少个周期。

cortex-m与微芯片pic芯片（或z80和其他一些芯片）不同。使用此指令集，您无法以这种方式创建可预测的延迟。你可以确保它在某个时间（时钟）处于或较慢，但不正确

只是因为。然后运行测试代码三次

00000015
00000015
00000015

这些数字是十六进制的，因此是21个指令。每次执行时间相同，因此没有缓存或分支预测缓存效果。我没有在大脑皮层m4上看到任何与分支预测相关的东西，其他皮质ms确实有分支预测（可能只有m7）。我关闭了I和D缓存，当然，它们以及对齐方式会极大地影响执行时间（并且时间会随着应用程序的运行而变化）

我更改了对齐方式（在此代码前面添加或删除NOP）

对于相同的机器代码，相同的对齐方式现在是30个时钟，而不是21个

通常情况下，ram速度更快且无等待状态（请理解，这些总线在每个事务中占用几个时钟，因此与过去不同，但仍然存在可以检测到的延迟），因此在ram中运行这些指令应该告诉我们一些事情

for(rb=0;rb<0x20;rb+=2)
{

    hexstrings(rb);
    ra=0x20001000+rb;
    PUT16(ra,0x680a); ra+=2;
    hexstrings(ra);
    PUT16(ra,0x3801); ra+=2;
    PUT16(ra,0xd400); ra+=2;
    PUT16(ra,0xe7fc); ra+=2;
    PUT16(ra,0x680b); ra+=2;
    PUT16(ra,0x1ad0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x4770); ra+=2;

    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    hexstring(BRANCHTO(4,STCURRENT,0x20001001+rb)&STMASK);
}

首先是32或38个时钟，其次是有对齐效果

armv7-MCCR显示了一个分支预测位，但trm和供应商文档没有显示它，因此它可能是一个通用的东西，并非所有内核都支持

因此，对于一个特定的cortex-m4芯片，执行循环的时间是在21到38个时钟之间，如果我想的话，我可能会让它变慢。但我不认为我能在这个芯片上把它降到11

例如，如果您正在进行i2c位碰撞，您可以使用类似的延迟，这将很好地工作，不会是最佳的，但会很好地工作。如果你在一个时间窗口内需要更精确的东西，至少这个但不大于，那么使用定时器（并且理解轮询或中断，你的精度会有一些错误），如果定时器外设或其他外设可以生成你想要的信号，那么你可以得到时钟精确的波形（如果这就是你的延迟的原因）

另一个cortex-m4预计会有不同的结果，我希望stm32的sram与flash相同或更快，而不是像本例中那样慢。如果你依赖别人来设置你的芯片，你可能会弄乱你的初始化代码，这会影响执行时间

编辑

我不知道我是从哪里得到这个想法的，这是一个cortex-m4，它是一个armv7-m，所以我手边没有树莓pi 2，但是有一个pi3，在aarch32模式下运行，32位指令。我不知道要让计时器运行，然后启用缓存需要做多少工作。pi耗尽了dram，即使是裸金属也非常不一致。所以我想我应该启用一级缓存，在第一次运行之后，它应该都在缓存中并且保持一致。现在我想有四个内核，每个都在运行，不知道如何禁用它们，其他三个正在循环，等待邮箱寄存器告诉它们要运行什么代码。也许我需要让它们分支到某个地方，并耗尽一级缓存…不确定一级缓存是每核还是共享的，我想我在某一点上查过了

测试中的代码

000080c8 <COUNTER>:
    80c8:   ee192f1d    mrc 15, 0, r2, cr9, cr13, {0}

000080cc <delay>:
    80cc:   e2500001    subs    r0, r0, #1
    80d0:   4a000000    bmi 80d8 <end_delay>
    80d4:   eafffffc    b   80cc <delay>

000080d8 <end_delay>:
    80d8:   ee193f1d    mrc 15, 0, r3, cr9, cr13, {0}
    80dc:   e0430002    sub r0, r3, r2
    80e0:   e12fff1e    bx  lr

然后，为了使对齐检查更容易，我最终不需要这样做 让它对上面的代码（第一列中的地址）和四个r0的结果尝试不同的对齐方式

0001000000000032 00010000040000002D 00010008 00000032 000100000000002D

这将重复到地址0x101FC

如果我在编译的测试中更改对齐方式

000080cc <COUNTER>:
    80cc:   ee192f1d    mrc 15, 0, r2, cr9, cr13, {0}

000080d0 <delay>:
    80d0:   e2500001    subs    r0, r0, #1
    80d4:   4a000000    bmi 80dc <end_delay>
    80d8:   eafffffc    b   80d0 <delay>

000080dc <end_delay>:
    80dc:   ee193f1d    mrc 15, 0, r3, cr9, cr13, {0}
    80e0:   e0430002    sub r0, r3, r2
    80e4:   e12fff1e    bx  lr

如果我将其更改为函数调用

000080cc <COUNTER>:
    80cc:   e92d4001    push    {r0, lr}
    80d0:   ee192f1d    mrc 15, 0, r2, cr9, cr13, {0}
    80d4:   eb000003    bl  80e8 <delay>
    80d8:   ee193f1d    mrc 15, 0, r3, cr9, cr13, {0}
    80dc:   e8bd4001    pop {r0, lr}
    80e0:   e0430002    sub r0, r3, r2
    80e4:   e12fff1e    bx  lr

000080e8 <delay>:
    80e8:   e2500001    subs    r0, r0, #1
    80ec:   4a000000    bmi 80f4 <end_delay>
    80f0:   eafffffc    b   80e8 <delay>

000080f4 <end_delay>:
    80f4:   e12fff1e    bx  lr

00000000 0000001A 0000001A 0000001A 
00000001 00000023 00000023 00000023 00000009 
00000002 0000002C 0000002C 0000002C 00000009 
00000003 00000035 00000035 00000035 00000009 
00000004 0000003E 0000003E 0000003E 00000009 
00000005 00000047 00000047 00000047 00000009 
00000006 00000050 00000050 00000050 00000009 
00000007 00000059 00000059 00000059 00000009 
00000008 00000062 00000062 00000062 00000009 
00000009 0000006B 0000006B 0000006B 00000009 
0000000A 00000074 00000074 00000074 00000009 
0000000B 0000007D 0000007D 0000007D 00000009 
0000000C 00000086 00000086 00000086 00000009 
0000000D 0000008F 0000008F 0000008F 00000009 
0000000E 00000098 00000098 00000098 00000009 
0000000F 000000A1 000000A1 000000A1 00000009 
00000010 000000AA 000000AA 000000AA 00000009 
00000011 000000B3 000000B3 000000B3 00000009 
00000012 000000BC 000000BC 000000BC 00000009 
00000013 000000C5 000000C5 000000C5 00000009 

在0x2D和0x44时钟之间以r0=4运行该循环

实际上，在这个平台上，没有启用缓存和/或缓存未命中时可能看到的内容

00000000 0000030B 000002B7 000002ED 
00000001 0000035B 00000389 000003E9 
00000002 000003FB 00000439 0000041B 
00000003 0000058F 000004E7 0000055B 
00000004 000005FF 0000069D 000006D1 
00000005 00000745 00000733 000006F7 
00000006 00000883 00000817 00000801 
00000007 00000873 00000853 0000089B 
00000008 00000923 00000B05 0000092F 
00000009 00000A3F 000009A9 00000B4D 
0000000A 00000B79 00000BA9 00000C57 
0000000B 00000C21 00000D13 00000B51 
0000000C 00000C0B 00000E91 00000DE9 
0000000D 00000D97 00000E0D 00000E81 
0000000E 00000E5B 0000100B 00000F25 
0000000F 00001097 00001095 00000F37 
00000010 000010DB 000010FD 0000118B 
00000011 00001071 0000114D 0000123F 
00000012 000012CF 0000126D 000011DB 
00000013 0000140D 0000143D 0000141B 
000002B7 0000143D 

r0=4线

00000004 000005FF 0000069D 000006D1 

这是很多cpu计数

希望我已经把这个话题放到床上了。虽然尝试假设代码运行的速度或计数的数量等很有趣，但对于这些类型的处理器、管道、缓存、分支预测、复杂的系统总线、，在各种芯片实现中使用公共ish内核，其中芯片供应商管理与处理器IP供应商代码分开的内存/闪存

在第二个实验中，我没有弄乱分支预测，如果我这样做了，那么对齐就不会如此一致，这取决于分支p

for(rb=0;rb<0x20;rb+=2)
{

    hexstrings(rb);
    ra=0x20001000+rb;
    PUT16(ra,0x680a); ra+=2;
    hexstrings(ra);
    PUT16(ra,0x3801); ra+=2;
    PUT16(ra,0xd400); ra+=2;
    PUT16(ra,0xe7fc); ra+=2;
    PUT16(ra,0x680b); ra+=2;
    PUT16(ra,0x1ad0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x4770); ra+=2;

    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    PUT16(ra,0x46c0); ra+=2;
    hexstring(BRANCHTO(4,STCURRENT,0x20001001+rb)&STMASK);
}

00000000 20001002 00000026                                                                       
00000002 20001004 00000020                                                                       
00000004 20001006 00000026                                                                       
00000006 20001008 00000020                                                                       
00000008 2000100A 00000026                                                                       
0000000A 2000100C 00000020                                                                       
0000000C 2000100E 00000026                                                                       
0000000E 20001010 00000020                                                                       
00000010 20001012 00000026                                                                       
00000012 20001014 00000020                                                                       
00000014 20001016 00000026                                                                       
00000016 20001018 00000020                                                                       
00000018 2000101A 00000026                                                                       
0000001A 2000101C 00000020                                                                       
0000001C 2000101E 00000026                                                                       
0000001E 20001020 00000020 

000080c8 <COUNTER>:
    80c8:   ee192f1d    mrc 15, 0, r2, cr9, cr13, {0}

000080cc <delay>:
    80cc:   e2500001    subs    r0, r0, #1
    80d0:   4a000000    bmi 80d8 <end_delay>
    80d4:   eafffffc    b   80cc <delay>

000080d8 <end_delay>:
    80d8:   ee193f1d    mrc 15, 0, r3, cr9, cr13, {0}
    80dc:   e0430002    sub r0, r3, r2
    80e0:   e12fff1e    bx  lr

00000000 0000000A 0000000A 0000000A 
00000001 00000014 00000014 00000014 0000000A 
00000002 0000001E 0000001E 0000001E 0000000A 
00000003 00000028 00000028 00000028 0000000A 
00000004 00000032 00000032 00000032 0000000A 
00000005 0000003C 0000003C 0000003C 0000000A 
00000006 00000046 00000046 00000046 0000000A 
00000007 00000050 00000050 00000050 0000000A 
00000008 0000005A 0000005A 0000005A 0000000A 
00000009 00000064 00000064 00000064 0000000A 
0000000A 0000006E 0000006E 0000006E 0000000A 
0000000B 00000078 00000078 00000078 0000000A 
0000000C 00000082 00000082 00000082 0000000A 
0000000D 0000008C 0000008C 0000008C 0000000A 
0000000E 00000096 00000096 00000096 0000000A 
0000000F 000000A0 000000A0 000000A0 0000000A 
00000010 000000AA 000000AA 000000AA 0000000A 
00000011 000000B4 000000B4 000000B4 0000000A 
00000012 000000BE 000000BE 000000BE 0000000A 
00000013 000000C8 000000C8 000000C8 0000000A 

000080cc <COUNTER>:
    80cc:   ee192f1d    mrc 15, 0, r2, cr9, cr13, {0}

000080d0 <delay>:
    80d0:   e2500001    subs    r0, r0, #1
    80d4:   4a000000    bmi 80dc <end_delay>
    80d8:   eafffffc    b   80d0 <delay>

000080dc <end_delay>:
    80dc:   ee193f1d    mrc 15, 0, r3, cr9, cr13, {0}
    80e0:   e0430002    sub r0, r3, r2
    80e4:   e12fff1e    bx  lr

00000000 00000009 00000009 00000009 
00000001 00000012 00000012 00000012 00000009 
00000002 0000001B 0000001B 0000001B 00000009 
00000003 00000024 00000024 00000024 00000009 
00000004 0000002D 0000002D 0000002D 00000009 
00000005 00000036 00000036 00000036 00000009 
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