嵌入式基础知识-流水线

提到流水线，最先想到的可能是流水线车间中的产品制造过程。

工业上的流水线，又称装配线，指每一个生产单位只专注处理某一个片段的工作，以提高工作效率及产量。

在计算机领域中，也有流水线的概念，其核心原理也是和工业上的流水线一致。

1 计算机中的流水线概念

流水(pipelining)，或流水技术，是指把并行性（或并发性）嵌入到计算机系统中，它可以把重复的顺序处理过程分解为若干子过程，每个子过程能在专用的独立模块上有效地并发工作。

其特点归纳包括：

一条流水线通常由多个流水段组成每段由专用功能部件，各部件顺序连接，不断流各段时间时间尽量短、并尽量一致，不一致时最慢子过程称为瓶颈流水线的操作周期，为其最耗时的那段（瓶颈）所需的时间使用流水线，可同时指向多条指令，提高了各部件的利用率和系统的吞吐率

2 嵌入式ARM中的五级流水线

嵌入式处理器设计中，通常用到五级流水线（如ARM9）：

取指（IF）：从存储器中取出指令，将其放入指令流水线译码（ID）：对指令进行译码解码执行（EX）：利用逻辑运算单元进行运算的执行访存（MEM）：在需要的情况下，进行数据存储器的访问回写（WB）：将指令产生的结果，回写到寄存器中，包括任何从存储器中读取的数据

3 流水线实例分析

3.1 实例1

某三级流水线，操作步骤包括：取指、分析、执行，每级的执行时间为5、2、3，求从头到尾执行完100条指令所需的时间

5+2+3+5x99=505

3.2 实例2

某三级流水线，操作步骤包括：取指、分析、执行，每级的执行时间为4、2、3，求从头到尾执行完100条指令所需的时间

4+2+3+4x99=405

4 总结

本篇介绍了计算机与嵌入式领域中的流水线概念，并通过实例分析了流水线的处理时间该如何计算。