TI C6000系列DSP的流水线介绍和软件流水优化

本文主要介绍C6000系列DSP的流水线操作，从指令的fetch，指令译码到执行阶段，介绍了Fetch packet和execute packet以及延时slot和latency的概念，最后比较了C62x/C64x/67x等系列DSP的流水线的区别并介绍了TI的增强VLIW架构的含义。 
流水线的概念 
计算机流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。在CPU中把指令的执行分成若干个不同的功能单元来实现，由若干个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成若干步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个<a href="http://baike.baidu.com/view/1876127.htm" rel="noopener noreferrer" target="_blank">CPU时钟周期</a>完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水，即指令预取、译码、执行、写回结果，浮点流水又分为八级流水。 
C6000 系列DSP流水线的各个阶段 
基本的流水线阶段 
<ul><li>
 <div>
指令预取FP：产生指令预取地址以及读取指令；
 </div>
 <ul><li>PG:产生预取地址； </li><li>PS：发送地址到内存； </li><li>PW：等待数据ready； </li><li>PR：读取指令 </li></ul> </li><li>
 <div>
指令译码D：把指令分配到功能单元，指令解码；
 </div>
 <ul><li>DP：把指令dispatch到相应的功能单元； </li><li>DC：指令在相应的功能单元译码； </li></ul> </li><li>指令执行E：执行指令 </li></ul>
<img alt="" src="https://beijingoptbbs.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/cs/5606289-2ba65274d4461ee6c022a8c184120cf8.jpg"> 
图1. C6000系列DSP的指令预取和指令译码流水线阶段 
<img alt="" src="https://beijingoptbbs.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/cs/5606289-f4545829e229330b5a51f749ebd12599.jpg"> 
图2. C6000系列DSP的指令执行流水线阶段 
C62x处理器的指令延时 
<div style="margin-left:63pt">
<table border="0" style="border-collapse:collapse"><colgroup><col style="width:76px"><col style="width:135px"><col style="width:92px"><col style="width:76px"></colgroup><tbody><tr><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:0.5pt solid; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:0.5pt solid; border-right:0.5pt solid"> 说明 </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:0.5pt solid; border-right:0.5pt solid"> 指令 </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:0.5pt solid; border-right:0.5pt solid"> 指令延时 </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:0.5pt solid; border-right:0.5pt solid"> 等待时间 </td></tr><tr><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:0.5pt solid; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> 单周期 </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> 除了以下指令 </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> 0 </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> 0+1=1 </td></tr><tr><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:0.5pt solid; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> 乘法 </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> MPY/SMPY </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> 1 </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> 2 </td></tr><tr><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:0.5pt solid; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> 数据加载 </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> Ldb/ldh/ldw/lddw </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> 4 </td><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:medium none; padding-left:7px; padding-right:7px; border-top:medium none; border-right:0.5pt solid"> 5 </td></tr><tr><td style="border-bottom:0.5pt solid; border-left:0.5pt solid; padding-left:7px; padding-right:7px; border