到目前为止，我使用了3个NOP来“清理”流水线。最近我遇到了ISB指令，它可以帮我做到这一点。查看arm信息中心时，我注意到该命令需要4个周期（在Cortex M0下），而3个NOP只需要3个周期。为什么要使用此命令？它与3个NOP有什么不同？
bjg7j2ky1#
下面是NOP（http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0552a/CHDJJGFB.html）的问题：操作NOP不执行任何操作，并且不一定会很耗时。处理器可能会在它到达执行阶段之前将其从管道中删除。使用NOP进行填充，例如将后续指令放置在64位边界上。其他ARM Cortex设备的文档中也有相同的信息，因此将该指令用于除填充之外的 * 任何 * 目的都是不可靠的。您唯一可以保证的是，该指令将占用2（nop）或4字节（nop.w），并且不会执行任何操作-仅此而已。
nop
nop.w
c90pui9n2#
ISB指令为4个周期的原因非常简单。Cortex-M指令集是16位和32位指令的混合。Cortex-M设计（如Cortex-M0）支持六个32位指令：BL、MSR、MRS、ISB、DMB、DSB。所有这六条指令都可以在16位指令中混合使用。问题是处理器如何知道哪个指令是16位的，哪个是32位的？要回答这个问题，处理器会读取前16位并对其进行解码（1个周期）。如果操作码与32位指令匹配，则它知道下一个16位指令实际上是32位指令的后半部分，并尝试执行它（3个周期）。这使得Cortex-M内核中的所有32位指令都是1+3个周期= 4个周期。要清除流水线，如果您对内核实现有把握，可以使用3个NOP。您必须确保内核没有分支预测和动态指令优化，这会删除连续的NOP。如果您确定没有此功能，则使用3个NOP指令，这样可以保存1个周期。但是，如果您不使用，并且还希望ARM代码能够移植到其他架构（如ARMv7等），则必须使用ISB指令，这是一种32位指令，需要4个周期。
unftdfkk3#
您应该使用ISB指令来确保流水线畅通无阻。正如上面的注解所述，不同ARM处理器之间的流水线可能不同（例如，M7有6级流水线，而M3/4有3级流水线）。根据M4技术参考手册“对于ISB，最小周期数等于流水线重新填充所需的周期数。"为什么是4个周期而不是3个，我不确定，这可能与确保分支预测逻辑正确有关。不管你是否希望你的代码是可移植的，我会建议使用ARM提供的工作，如果他们认为你需要4个周期，那么我希望你这样做。如果你只有3个周期，在某些情况下你可能会得到错误的操作。
pxiryf3j4#
3个NOP并不保证会占用3个周期。在Cortex-M3* 上，它们肯定会占用2个周期 *，在这些情况下，您可能需要使用3个以上的NOP才能获得所需的效果。“有趣的”场景可能不会在普通代码中出现，或者还需要其他事件的特定时间--所以你可能不太可能观察到它们。关键点是没有保证，这类故障的可观察性通常很低。即使您在某个地方错误地只使用了2个NOP，您的代码也可能在大部分时间都能正常工作--直到其他地方的更改可能对对齐产生影响并暴露故障。
e3bfsja25#
有关“清洁”管道的确切信息，请访问："ARM Cortex™-M Programming Guide to Memory Barrier Instructions" Application Note 321它适用于：Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M0、Cortex-M0+和Cortex-M1处理器。如何清理管道取决于正在使用的指令，例如，__enable_irq（）、__WFI（）（sleep）等。据我所知，该文件没有提到使用NOP来清洁管道。
5条答案
按热度按时间bjg7j2ky1#
下面是NOP（http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0552a/CHDJJGFB.html）的问题：
操作
NOP不执行任何操作，并且不一定会很耗时。处理器可能会在它到达执行阶段之前将其从管道中删除。
使用NOP进行填充，例如将后续指令放置在64位边界上。
其他ARM Cortex设备的文档中也有相同的信息，因此将该指令用于除填充之外的 * 任何 * 目的都是不可靠的。您唯一可以保证的是，该指令将占用2（
nop）或4字节（nop.w），并且不会执行任何操作-仅此而已。c90pui9n2#
ISB指令为4个周期的原因非常简单。Cortex-M指令集是16位和32位指令的混合。Cortex-M设计（如Cortex-M0）支持六个32位指令：BL、MSR、MRS、ISB、DMB、DSB。
所有这六条指令都可以在16位指令中混合使用。
问题是处理器如何知道哪个指令是16位的，哪个是32位的？要回答这个问题，处理器会读取前16位并对其进行解码（1个周期）。如果操作码与32位指令匹配，则它知道下一个16位指令实际上是32位指令的后半部分，并尝试执行它（3个周期）。
这使得Cortex-M内核中的所有32位指令都是1+3个周期= 4个周期。
要清除流水线，如果您对内核实现有把握，可以使用3个NOP。您必须确保内核没有分支预测和动态指令优化，这会删除连续的NOP。如果您确定没有此功能，则使用3个NOP指令，这样可以保存1个周期。但是，如果您不使用，并且还希望ARM代码能够移植到其他架构（如ARMv7等），则必须使用ISB指令，这是一种32位指令，需要4个周期。
unftdfkk3#
您应该使用ISB指令来确保流水线畅通无阻。正如上面的注解所述，不同ARM处理器之间的流水线可能不同（例如，M7有6级流水线，而M3/4有3级流水线）。根据M4技术参考手册“对于ISB，最小周期数等于流水线重新填充所需的周期数。"
为什么是4个周期而不是3个，我不确定，这可能与确保分支预测逻辑正确有关。不管你是否希望你的代码是可移植的，我会建议使用ARM提供的工作，如果他们认为你需要4个周期，那么我希望你这样做。如果你只有3个周期，在某些情况下你可能会得到错误的操作。
pxiryf3j4#
3个NOP并不保证会占用3个周期。在Cortex-M3* 上，它们肯定会占用2个周期 *，在这些情况下，您可能需要使用3个以上的NOP才能获得所需的效果。
“有趣的”场景可能不会在普通代码中出现，或者还需要其他事件的特定时间--所以你可能不太可能观察到它们。关键点是没有保证，这类故障的可观察性通常很低。
即使您在某个地方错误地只使用了2个NOP，您的代码也可能在大部分时间都能正常工作--直到其他地方的更改可能对对齐产生影响并暴露故障。
e3bfsja25#
有关“清洁”管道的确切信息，请访问：
"ARM Cortex™-M Programming Guide to Memory Barrier Instructions" Application Note 321
它适用于：Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M0、Cortex-M0+和Cortex-M1处理器。
如何清理管道取决于正在使用的指令，例如，__enable_irq（）、__WFI（）（sleep）等。
据我所知，该文件没有提到使用NOP来清洁管道。