ARM 9的频率和指令周期的问题

最新推荐文章于 2023-09-13 23:10:32 发布

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#processing #测试 #cache #c

本文通过实验测试了ARM处理器上单条指令的执行时间，并基于400MHz频率下的实验结果，详细分析了循环内指令的执行周期。讨论了ARM流水线特性对指令执行效率的影响。

一直对ARM执行一条指令需要多少时间不清楚，现在通过一个测试函数来分析一下

C函数如下

   starttime = GetCurrentTicks();

    for (i = 0; i < fclk * dwLoop; i++) {
        ;
   }
endtime = GetCurrentTicks();
printf("loop %d using %d ms/n", fclk*dwLoop, endtime - starttime);

使用arm-linux-gcc -Os编译得到的对应的asm代码如下：

33f83bb4: ebfffd09 bl 33f82fe0 <GetCurrentTicks>
33f83bb8: e0020594 mul r2, r4, r5
33f83bbc: e3a03000 mov r3, #0 ; 0x0
33f83bc0: e1a06000 mov r6, r0
33f83bc4: e1530002 cmp r3, r2
33f83bc8: 2a000002 bcs 33f83bd8 <do_looptest+0x68>
33f83bcc: e2833001 add r3, r3, #1 ; 0x1
33f83bd0: e1530002 cmp r3, r2
33f83bd4: 3afffffc bcc 33f83bcc <do_looptest+0x5c>
33f83bd8: ebfffd00 bl 33f82fe0 <GetCurrentTicks>

关键的循环代码就三条指令

33f83bcc: e2833001 add r3, r3, #1 ; 0x1
33f83bd0: e1530002 cmp r3, r2
33f83bd4: 3afffffc bcc 33f83bcc <do_looptest+0x5c>

测试结果如下：ARM运行在400MHz，SDRAM为400/3MHz，fclk=8000, dwLoop=1000的时候，花费的时间为1000ms

相当于执行了80000000次的循环，执行的指令为(add+cmp+bcc)*80000000

另一方面，400MHz的周期为2.5ns，根据ARM指令手册，add cmp为normal data processing指令，周期为1S，bcc需要的周期为

2S+1N。因为CPU开启icache，我认为所有的这些循环指令都在cache中，N S都是2.5ns，这样一个循环的时间应该是4S+1N=5*2.5ns

=12.5ns。这样计算正好能满足1秒80000000的循环。

这里还有一些问题，S N是否可以这样假设？ ARM使用流水线，这个在实际中怎么体现？