ARM7各种指令的周期数

ARM7各种指令的周期数

ARM7具有3级流水线结构（取指、译码、执行），对大多数指令来说每条流水线的处理都是单周期的，不过某些情况下，取指和执行的周期数会延长，导致流水线进入stall状态，指令执行时间超过1个周期。
经过在LPC213x/214x（NXP ARM7TDMI-S）上的试验，得出各类指令的执行周期数如下：
1、大部分算术运算和逻辑运算指令都是单周期的（乘法例外）。
2、STR指令需要增加1个总线周期。如果地址位于内部SRAM，则是2个周期；如果地址位于AHB、VPB等外设总线上（例如访问外设的寄存器），由于局部总线和外设总线桥接还有额外延时，因此需要再增加一些周期数，在LPC213x/214x上，当VPB和主频相同时，需要再增加5个周期额外延时，即用STR指令访问外设寄存器需要7个期。
3、LDR指令需要增加2个总线周期。同理，如果地址位于内部SRAM，则是3个周期；如果地址在外设总线上，同样需要再增加一些周期数，在LPC213x/214x上，当VPB和主频相同时，LDR指令需要8个周期。
4、对于一次操作多个寄存器的STM、LDM类指令，指令周期数与STR、LDR类似，但每增加一个寄存器需要增加一个总线周期，例如当地址位于内部SRAM、寄存器个数为N时，执行周期数为1+N（STM）和2+N（LDM）。
5、无条件跳转语句和跳转语句成功跳转，需要重新填充流水线，因此至少需要3个周期（假设访问程序存储空间是单周期的）。
6、LDR指令的目标寄存器为R15（PC）时，相当于读总线+跳转，至少需要5个周期（假设访问程序存储空间是单周期的）。
7、乘法指令根据操作数位数的不同，从2-5个周期都有可能。
8、对于所有的带条件的指令，如果条件不满足，指令不被执行，都只需要花1个周期来跳过该指令。
9、实际应用时，还需考虑程序存储器的访问速度（影响流水线取指阶段的周期数）以及Cache的命中情况。