Canalización en ARM

Tubería ARM:

• Una canalización es el mecanismo utilizado por los procesadores RISC (computadora con conjunto de instrucciones reducido) para ejecutar instrucciones,
• acelerando la ejecución al obtener la instrucción, mientras que otras instrucciones se decodifican y ejecutan simultáneamente.
• Lo que a su vez permite que el sistema de memoria y el procesador funcionen continuamente.
• El diseño de tubería para cada familia ARM es diferente.

La canalización es una técnica de diseño o un proceso que juega un papel importante en el aumento de la eficiencia del procesamiento de datos en el procesador de una computadora y microcontrolador. Manteniendo al procesador en un proceso continuo de búsqueda, decodificación y ejecución llamado (ciclo F&E) .   

Los dispositivos ARM necesitan canalización debido a RISC, ya que hace hincapié en la complejidad del compilador . Cada etapa equivale a 1 ciclo, es decir n etapas = n ciclos.

Tubería:

• Fetch carga una instrucción de la memoria.
• Decode identifica la instrucción a ejecutar.
• Ejecutar procesa la instrucción y vuelve a escribir el resultado en el registro.
• Al superponer las etapas anteriores de ejecución de diferentes instrucciones, se incrementa la velocidad de ejecución.
• La canalización permite que el núcleo ejecute una instrucción en cada ciclo, lo que da como resultado un mayor rendimiento.

Características de la tubería ARM:

• La canalización ARM no procesa una instrucción hasta que pasa completamente por la etapa de ejecución.
• En la etapa de ejecución, la PC siempre apunta a la dirección de instrucción + 8 bytes.
• Cuando el procesador está en estado de pulgar, la PC siempre apunta a la dirección de instrucción + 4 bytes.
• Mientras que la ejecución de instrucciones de bifurcación o la bifurcación por modificación directa de la PC hace que el núcleo ARM descargue su canalización.
• Como instrucción en la etapa de ejecución, completará su ejecución aunque se haya generado una interrupción.

BRAZO 7 –

• Tiene tubería de 3 etapas como se muestra en la figura.
• Puede completar su proceso en 3 ciclos.
• Tiene el ciclo F&E básico que conduce a un rendimiento óptimo.
• Esta es la razón por la que ARM 7 tiene el rendimiento más bajo en comparación con los demás miembros de la familia.
• Procesa datos de 32 bits.

BRAZO 9 –

• Pipelines en ARM 9 es similar a ARM 7 pero con 5 etapas.
• Se necesitan 5 ciclos para completar el proceso.

• Fetch- Obtendrá instrucciones de la memoria.
• Decode: decodifica las instrucciones que se obtuvieron en el primer ciclo.
• ALU – Ejecuta la instrucción decodificada en la etapa anterior.
• LS1 (Memoria) Carga/Almacena los datos especificados por las instrucciones de carga o almacenamiento.
• LS2(Escritura) Extrae (cero o signo) extiende los datos cargados por instrucción de carga de byte o media palabra.
• Debido a un aumento en las etapas y la eficiencia, el rendimiento es entre un 10 % y un 13 % superior al de ARM 7.
• La frecuencia central de ARM 9 es ligeramente superior a la de ARM 7 .

BRAZO 10 –

• Es un gasoducto de seis etapas. Que a su vez toma 6 ciclos para completar el proceso.
• Igual que el de ARM 9 pero con una etapa de emisión que verifica si la instrucción está lista para ser decodificada en la etapa actual o no.
• Casi duplica el rendimiento que el de ARM 7.
• La frecuencia central es más alta que la de ARM 9.

 Las etapas de canalización pueden aumentar o disminuir en función de los conjuntos de instrucciones procesadas por ciclo (en situaciones máximas, las etapas tienden a aumentar para aumentar la eficiencia).