此装配 MIPS 中的 Nop 和管道危险答案

【问题标题】：Nop and Pipeline Hazards in this Assembly MIPS此装配 MIPS 中的 Nop 和管道危险
【发布时间】：2014-01-04 17:48:25
【问题描述】：

通过 Cross Compiler 将 C 编译为汇编 MIPS 后，我有：

main:
.frame $fp,32,$31 # vars= 16, regs= 1/0, args= 0, gp= 8

addiu $sp,$sp,-32
sw $fp,24($sp)
move $fp,$sp
li $2,5 # 0x5
sw $2,8($fp)
lw $2,8($fp)
nop
sw $2,16($fp)
li $2,5 # 0x5
lw $3,16($fp)
nop
beq $3,$2,$L4
nop

li $2,10 # 0xa
lw $3,16($fp)
nop
beq $3,$2,$L5
nop

li $2,1 # 0x1
lw $3,16($fp)
nop
beq $3,$2,$L3
nop

b $L7
nop

$L3:
lw $2,8($fp)
nop
addiu $2,$2,3
sw $2,8($fp)
b $L7
nop

$L4:
lw $2,8($fp)
nop
sll $2,$2,3
sw $2,8($fp)
b $L7
nop

$L5:
lw $2,8($fp)
nop
srl $2,$2,2
sw $2,8($fp)
$L7:
move $sp,$fp
lw $fp,24($sp)
addiu $sp,$sp,32
j $31
nop

.end main

我不明白为什么有很多nop代码行，这段代码中nop是什么意思？它对Pipeline Hazards 有什么帮助吗？如果我删除所有的 nops 怎么办？

【问题讨论】：

标签： assembly mips

【解决方案1】：

NOPs 因管道危险而被插入。

回想一下，MIPS 管道由 5 个阶段组成：Fetch、Decode、eXecute、Memory、Write-back。

让我们来看看NOPs。第一个是：

lw $2,8($fp)
nop
sw $2,16($fp)

此代码假定没有 Memory-Memory 转发。为什么？因为如果你画一个时间线流水线图，你会看到NOP 迫使sw 的内存阶段恰好在lw 上的回写阶段后一个周期发生。因此，代码假定处理器具有内存 -> ALU 转发，或回写 -> 内存转发。如果我们没有在两者之间使用NOP，sw 的内存阶段将从$2 读取一些垃圾值（无论来自解码阶段的内容），并且行为将是未定义的。

第二个nop：

lw $3,16($fp)
nop
beq $3,$2,$L4

这里，$3 仅在 lw 的内存阶段完成后可用。如果我们没有NOP，那么beq eXecute 阶段将与lw 的Memory 阶段在同一个循环中发生，即使使用Memory -> ALU 转发也是不可能的。因此，我们必须将beq 延迟一个周期，这就是NOP 正在做的事情。有了这个NOP，beq 的执行阶段将在lw 的内存后一个周期发生。这可行，假设有内存 -> ALU 转发。

类似的原因也适用于其他情况，我建议您尝试自己弄清楚。

【讨论】：

我认为第一个 (lw...nop...sw) 确实有内存转发，如果没有，会有 2 条 nop 行 (...nop...nop...) 以避免危险.
@VAK 有Memory->ALU 转发或Write-back->Memory 转发，但没有Memory->Memory。如果有 Memory->Memory，我们就不需要 NOP。有了这个 NOP，我们将sw 的解码与lw 的内存在同一周期发生（因此，可能存在从内存-> ALU 的转发，丢弃从解码读取的垃圾）；它还将sw 的内存与lw 的回写放在同一个循环中，因此我们也可以进行回写->内存转发。但是我们当然没有 Memory->Memory，或者如果我们有，编译器是不知道的。

【解决方案2】：

根据您的代码，添加了所有“nop”指令以修复以下错误

1) 分支延迟

2) 加载延迟

由于这些 nop 是由编译器添加的，因此您可以明确地为编译器提供一个选项，以不通过“set noreorder”添加这些 nop 指令，我应该给您参考 read 。 “参见 Mips Run 第 2 版”页码。 288. 我不认为“nop”是危险屏障。就像这本书一样。

【讨论】：