H7的特點(diǎn) 什么是超標(biāo)量流水線

一、H7 的特點(diǎn)

首先看看 M7 內(nèi)核的 GD32H7都具備哪些不一樣的功能，以下只是我個(gè)人關(guān)注的點(diǎn)：

主頻高，GD32H7系列MCU采用基于Armv7E-M架構(gòu)，主頻高達(dá)600MHz。

6 級(jí)流水線，并且是超標(biāo)量的，并且支持分支預(yù)測(cè)。

內(nèi)置了高級(jí)DSP硬件加速器和雙精度浮點(diǎn)單元（FPU），以及硬件三角函數(shù)加速器（TMU）和濾波算法加速器（FAC）。

內(nèi)置了TFT LCD液晶驅(qū)動(dòng)器和圖形處理加速器IPA （Image Processing Accelerator），支持2D圖像疊加、旋轉(zhuǎn)、縮放及多種顏色格式轉(zhuǎn)換等功能。

主頻越來(lái)越高自然不必說(shuō)了，后面兩個(gè)內(nèi)置硬件過(guò)兩天在學(xué)習(xí)。

今兒先學(xué)習(xí)下 M7 內(nèi)核的功勞，也就是這里的分支預(yù)測(cè)和超標(biāo)量流水線。

二、什么是超標(biāo)量流水線

超標(biāo)量流水線（Superscalar Pipeline）是一種計(jì)算機(jī)處理器架構(gòu)，它可以同時(shí)執(zhí)行多條指令，從而提高指令執(zhí)行的效率。這種架構(gòu)允許處理器在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行多個(gè)指令，而不是像傳統(tǒng)的標(biāo)量流水線那樣每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令。

先看傳統(tǒng)的流水線架構(gòu)：

在傳統(tǒng)的標(biāo)量流水線架構(gòu)中，我們?nèi)绻胱?CPU 執(zhí)行一條機(jī)器指令，要經(jīng)歷：取址（IF）→ 譯碼（ID）→ 執(zhí)行（EX）→ 訪問(wèn)內(nèi)存（MEM）→寫回內(nèi)存（WB）等五個(gè)步驟，那么在系統(tǒng)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，如果串行處理，那么執(zhí)行一條指令至少要 5 個(gè)時(shí)鐘周期。

CPU 在執(zhí)行每一個(gè)單一步驟的時(shí)候，并不一定會(huì)用到所有的硬件，也就是說(shuō)五個(gè)步驟其實(shí)存在一定的獨(dú)立性，那么我們可以增加一些硬件讓 CPU在一個(gè)時(shí)鐘觸發(fā)下做兩件以上的事情。

這么一來(lái)，我們就可以讓多條指令的執(zhí)行看起來(lái)并行執(zhí)行，其實(shí)就是為每條指令的執(zhí)行提前做一些準(zhǔn)備工作，從結(jié)果看，我們幾乎可以做到每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令了。

以上就是標(biāo)量的流水線，就是讓 指令執(zhí)行進(jìn)行一定的硬件分工，然后在一個(gè)時(shí)鐘觸發(fā)下，不同的硬件可以同時(shí)做一些不同的事情，從而保證每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)都有一個(gè)產(chǎn)出—— 執(zhí)行完一條完整的指令。

OK，如果我想給讓CPU 提高點(diǎn)人效，讓它一個(gè)機(jī)器時(shí)鐘內(nèi)完成多個(gè)指令的執(zhí)行該怎么辦呢？

加人唄，一個(gè)崗位上放倆人，甚至更多

當(dāng)然人多了，容易亂套，這里是因?yàn)槊總€(gè)指令本質(zhì)是上串行的，前后有依賴，所以不能一味的增加人力，結(jié)果肯定是流水線上打起來(lái)。

上圖中，我們?cè)诿恳粋€(gè)流水階段增加了一個(gè)人力，整個(gè)系統(tǒng)看起來(lái)瞬間效率提高了一倍。

以上就是超標(biāo)量流水線的描述，下面我們看看，如何在 程序設(shè)計(jì)上利用這個(gè)超標(biāo)量的流水線。