Материал: Архитектура и программирование MIPS-процессоров. Разинкин К.А

jr $ra greater:

slt $v0, $a1, $a0 jr $ra

3.2.36. Покажите инструкции MIPS, которые реализуют следующие псевдокоманды. Вы можете использовать регистр $at для хранения временных данных, но вам запрещается портить содержимое (затирать) другие регистры.

a) addi $t0, $s2, imm31:0 (прим. переводчика: под imm31:0 подразумевается 32-битный непосредственный операнд)

b)lw $t5, imm31:0($s0)

c)rol $t0, $t1, 5 (циклически сдвинуть $t1 влево

на 5 разрядов и поместить результат в $t0)

d) ror $s4, $t6, 31 (циклически сдвинуть $t6 вправо на 31 разряд и поместить результат в $s4).

121

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ядро М4К на базе MIPS32 превосходит процессоры ARM семейства Cortex-M по производительности, экономичности расхода энергии и компактности кристалла. Попробуем разобраться, за счет чего удалось этого достичь.

Во-первых, в ядре М4К предусмотрена возможность увеличения количества РОН до 16 наборов по 32 регистра. Эти регистры используются для хранения параметров и значений операндов на кристалле, чтобы уменьшить количество пересылок в модуль памяти и тем самым сократить количество циклов, повысить быстродействие. Регистры общего назначения могут также использоваться в качестве «теневых» для ускорения обработки прерываний.

При обработке прерывания или исключения ЦП определяет, какой из теневых наборов следует использовать. Выбранный набор переводится в активное состояние, после чего вектор прерывания продолжает выполнение. При этом не требуется ни сохранение контекста, ни выполнение восстановления, поскольку только подпрограмма прерывания имеет доступ к активному в текущий момент регистру. Соответственно, сокращается время обработки прерывания и уменьшается количество обращений к памяти, т.к. содержимое регистров сохраняется после обработки предыдущего прерывания или исключения, и загрузка значений из SRAM не производится.

Повышение производительности обеспечено за счет блока MDU и быстродействующей памяти SRAM, доступ к которой осуществляется с малой задержкой. Ядро М4К выполняет операции умножения с накоплением и умножения 32×16 за один цикл, а 32×32 — за 2 цикла. Как мы упоминали выше, благодаря отдельному функциональному блоку, работающему независимо от конвейера, операции умножения и деления выполняются параллельно арифметическим и сдвиговым.

Адресное пространство памяти разделено на область данных D-SRAM и область инструкций I-SRAM, что позволяет одновременно выполнять транзакции с инструкциями и данны-

122

ми. При желании эти области можно объединить, переведя модуль памяти в соответствующий режим (Unified).

В отличие от ARM, где нет возможности управления памятью, интерфейс I-SRAM позволяет использовать память программ для хранения энергонезависимых данных. Также SRAM позволяет прерывать длительные транзакции или отменять выполнение транзакции на любой стадии конвейера и мгновенно реагировать на внешние события, такие как исключения и пре-

рывания (EJTAG).

Еще одна уникальная особенность MIPS32 — аппаратнопрограммный модуль CorExtend, позволяющий добавлять собственные устройства и расширять набор инструкций пользовательскими командами UDI. Это позволяет осуществлять тонкую оптимизацию всех «проблемных» мест системы, ускорив работу приложения. Например, с помощью CorExtend можно реализовать блок обработки графики, TCP/IP ускоритель, логические схемы безопасности и криптографии, беспроводное управление или интерфейс реального времени.

Модульность архитектуры М4К делает ее очень гибкой. Из большого количества опциональных блоков можно выбрать нужные, сократив количество вентилей и, соответственно, размер кристалла и энергопотребление. К таким блокам относятся модуль отслеживания и отладки (EJTAG), интерфейс для сопроцессора и расширения CorExtend. Кроме того, предусмотрены возможности подключения и отключения функций отладки, установки точек останова, а также выбор количества файлов регистров, скорости работы MDU и типа интерфейса SRAM. Все это позволяет варьировать характеристики ядра, в первую очередь быстродействие, в широких пределах.

Немаловажное значение имеет набор аппаратных и программных инструментов, которые предлагаются производителем для упрощения разработки, ускорения тестирования и оценки конечного проекта. Среди них можно отметить отладочный щуп EJTAG SystemNavigator™, набор инструментов GNU с поддержкой ОСРВ и Linux, симуляторы CycleAccurate и

123

InstructionAccurate, оценочные платы и пакет NavigatorIntegratedComponentSuite. Помимо этого компания

MIPS Technologies предлагает программную среду разработки с поддержкой всего спектра инструментов для MIPS. Наконец, создано сообщество сторонних производителей средств разработки. Вместе эти инструменты обеспечивают всестороннюю и полную поддержку проектирования на базе MIPS.

124

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П1 Инструкции, отсортированные по полю opcode

125