三道题理解软件流水

什么是软件流水
软件流水是一种变相的循环展开，是利用不同循环间语句无相关的特点消除流水线阻塞的技术。和循环展开一样，软流水不更改程序的执行顺序和执行次数。
第一题
已知跳转指令有延迟槽，请将下面的循环体进行软件流水，其中(R2)=0，(R1) = 8*n。
L1:  LDC1      F0,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
SDC1      F2,0(R1)
ADDIU     R1,R1,-8
BNE       R1,R2,L1
NOP
1. 展开对齐，本题有3次RAW相关，故展开3次
LDC1      F0,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1			LDC1      F0,-8(R1)
SDC1      F2,0(R1)			ADD.D     F2,F0,F1			LDC1      F0,-16(R1)
			SDC1      F2,-8(R1)			ADD.D     F2,F0,F1
						SDC1      F2,-16(R1)
2. 绿色是装入代码，蓝色排空代码，黄色是软流水循环主体，按顺序抄下来
LDC1      F0,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,-8(R1)
L1:  SDC1      F2,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,-16(R1)
SDC1      F2,-8(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
SDC1      F2,-16(R1)
3. 加入原循环中除主体循环以外的指令
LDC1      F0,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,-8(R1)
L1:  SDC1      F2,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,-16(R1)
BNE       R2,R1,L1
ADDIU     R1,R1,-8				这条指令下面R1的下标值统统+8
SDC1      F2,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
SDC1      F2,-8(R1)
4. 在装入代码中加入语句保证指令顺序和数量与原循环一致
LDC1      F0,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,-8(R1)
ADDIU     R1,R1,-24				用特例法： n=3时，原代码会循环3次，软流水装入代码+循环主体+排空代码相当于循环展开了3次，所以n=3时软流水的跳转指令不应跳转。 为保证n=3，R1=24时，软流水的跳转指令不跳转，应在装入代码里改变R1的值让第一次跳转指令判断时R1的值为0。 由于下面的ADDIU指令被放到了延迟槽内，不会影响跳转指令判断，为保证第一次跳转指令判断时R1的值为0，应-24。 这条指令下面R1的下标值统统+24，以保证下标正确
L1:  SDC1      F2,24(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,8(R1)
BNE       R1,R2,L1
ADDIU     R1,R1,-8
SDC1      F2,24(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
SDC1      F2,16(R1)
第二题
跳转指令没有延迟槽，延迟为一拍，请将下面的循环体进行软件流水，其中(R2)=0，(R1) = 8*n。
L1:  LDC1      F0,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
SDC1      F2,0(R1)
ADDIU     R1,R1,-8
BNE       R1,R2,L1
NOP
1. 展开对齐，本题有3次RAW相关，故展开3次
LDC1      F0,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1			LDC1      F0,-8(R1)
SDC1      F2,0(R1)			ADD.D     F2,F0,F1			LDC1      F0,-16(R1)
			SDC1      F2,-8(R1)			ADD.D     F2,F0,F1
						SDC1      F2,-16(R1)
2. 绿色装入，蓝色排空，黄色软流水循环主体，按顺序抄下来
LDC1      F0,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,-8(R1)
L1:  SDC1      F2,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,-16(R1)
SDC1      F2,-8(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
SDC1      F2,-16(R1)
3. 加入原循环中除主体循环以外的指令并调整下标值
LDC1      F0,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,-8(R1)
L1:  SDC1      F2,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,-16(R1)
ADDIU     R1,R1,-8				这条指令下面R1的下标值统统+8
BNE       R2,R1,L1
NOP
SDC1      F2,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
SDC1      F2,-8(R1)
4. 在装入代码中加入语句保证指令顺序和数量与原循环一致，并调整下标值
LDC1      F0,0(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,-8(R1)
ADDIU     R1,R1,-16				用特例法： n=3时，原代码会循环3次，软流水装入代码+循环主体+排空代码相当于循环展开了3次，所以n=3时软流水的跳转指令不应跳转。 为保证n=3，R1=24时，软流水的跳转指令不跳转，应在装入代码里改变R1的值让第一次跳转指令判断时R1的值为0。 由于下面的ADDIU指令会-8且影响跳转指令判断，为保证第一次跳转指令判断时R1的值为0，应-16。 这条指令下面R1的下标值统统+16，以保证下标正确
L1:  SDC1      F2,16(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
LDC1      F0,0(R1)
ADDIU     R1,R1,-8
BNE       R1,R2,L1
NOP
SDC1      F2,16(R1)
ADD.D     F2,F0,F1
SDC1      F2,8(R1)
第三题
跳转指令有延迟槽，跳转指令的延迟为一拍，请将下面的循环体进行软件流水，其中(R1) = 0
b: LDC1          F2, 0(R1)
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 0(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
SDC1           F6, 0(R2)
DADDIU       R1, R1, 8
DADDIU       R2, R2, 8
DSGTUI        R3, R1, 800				// R1 == 800 ? R3 = 0 : R3 = 1
BEQZ           R3, b
NOP
1. 展开对齐，本题有4次RAW相关，故展开4次，没有RAW相关的两句指令可以看成是一句
LDC1          F2, 0(R1)
MUL.D        F4, F2, F0 LDC1          F8, 0(R2)		LDC1          F2, 8(R1)
ADD.D        F6, F4, F8		MUL.D        F4, F2, F0 LDC1          F8, 8(R2)		LDC1          F2, 16(R1)
SDC1           F6, 0(R2)		ADD.D        F6, F4, F8		MUL.D        F4, F2, F0 LDC1          F8, 16(R2)		LDC1          F2, 24(R1)
		SDC1           F6, 8(R2)		ADD.D        F6, F4, F8		MUL.D        F4, F2, F0 LDC1          F8, 24(R2)
				SDC1           F6, 16(R2)		ADD.D        F6, F4, F8
						SDC1           F6, 24(R2)
R2的值不影响循环次数，但是会影响循环的正确执行，所以也要跟着R1的值变化。
2. 绿色装入，蓝色排空，黄色软流水循环主体，按顺序抄下来
LDC1          F2, 0(R1)
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 0(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
LDC1          F2, 8(R1)
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 8(R2)
LDC1          F2, 16(R1)
b: SDC1      F6, 0(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 16(R2)
LDC1          F2, 24(R1)
SDC1           F6, 8(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
SDC1           F6, 16(R2)
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 24(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
SDC1           F6, 24(R2)
3. 加入原循环中除主体循环以外的指令并调整下标值
LDC1          F2, 0(R1)
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 0(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
LDC1          F2, 8(R1)
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 8(R2)
LDC1          F2, 16(R1)
b: SDC1      F6, 0(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 16(R2)
LDC1          F2, 24(R1)
DADDIU     R1, R1, 8				这条指令下面R1的下标值统统-8
DADDIU     R2, R2, 8				这条指令下面R2的下标值统统-8
DSGTUI      R3, R1, 800
BEQZ         R3, b
NOP
SDC1           F6, 0(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
SDC1           F6, 8(R2)
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 16(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
SDC1           F6, 16(R2)
4. 在装入代码中加入语句保证指令顺序和数量与原循环一致，并调整下标值
LDC1          F2, 0(R1)
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 0(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
LDC1          F2, 8(R1)
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, 8(R2)
LDC1          F2, 16(R1)
DADDIU     R1, R1, 24				用特例法： DSGTUI R3, R1, 32时，原代码会循环4次，软流水装入代码+循环主体+排空代码相当于循环展开了4次，所以DSGTUI R3, R1, 32时软流水的跳转指令不应跳转。 为保证DSGTUI R3, R1, 32时，软流水的跳转指令不跳转，应在装入代码里改变R1的值让第一次跳转指令判断时R1的值为32。 由于下面的DADDIU指令会+8且影响跳转指令判断，为保证第一次跳转指令判断时R1的值为32，应+24。 这条指令下面R1的下标值统统-24，以保证下标正确
DADDIU     R2, R2, 24				R2偏移多少不影响循环次数和正确性，可以为任意偏移值，所以本题答案不唯一
b: SDC1      F6, -24(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, -8(R2)
LDC1          F2, 0(R1)
DADDIU     R1, R1, 8
DSGTUI      R3, R1, 800
BEQZ         R3, b
DADDIU     R2, R2, 8				将R2自增的指令放到延迟槽里既不会影响循环次数，也不会影响循环顺序正确性
SDC1           F6, -24(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
SDC1           F6, -16(R2)
MUL.D        F4, F2, F0
LDC1          F8, -8(R2)
ADD.D        F6, F4, F8
SDC1           F6, -8(R2)
软件流水题目解题步骤
1. 展开对齐，展开次数为原循环主体RAW相关的次数，没有RAW相关的语句可以合并为一句 2. 根据展开对齐后的代码写出装入代码+软流水循环主体代码+排空代码 3. 加入原循环中除主体循环以外的指令并调整下标 4. 在装入代码中加入语句保证指令顺序和数量与原循环一致，用特例法得到偏移值，并调整下标