ARM 3级流水线的PC值关系

在解释PC值关系之前先了解一些概念。

• 程序计数器（PC寄存器）

程序计数器是用于存放下一条指令所在单元的地方。当执行一条指令时，首先需要根据PC中存放的指令地址，将指令由内存取到指令寄存器中，此过程称为“取指令”。与此同时，PC中的地址自动加1，或者由转移指针给出下一条指令的地址。

• ARM系统

对于32位处理器，一条指令占据4字节。

• 流水线工作

流水线划分为取指，译码，执行。但并不是需3个时钟周期完成一条指令。因为取指，译码，执行，可以在通一个时钟周期中工作，互不影响，这样可以看出虽然一条指令完成需要多个时钟周期，但是总体来说看在每个时钟周期都有一条指令完成。

好，现在我们开始。
由程序计数器的概念我们可以知道，在PC寄存器中存放着各种指令地址，程序运行时PC指向的是正在被取指的指令，不是指向当前正在执行的指令！即：在执行一条指令时，PC指向的是下一条指令指令。由于ARM是三级流水线工作方式，在理想条件下，在取了一条指令后，等该指令到了执行阶段，处理器其实已经预取了往后的第二条指令了。
参考图1的竖着的椭圆（代表着一个流水线），当AND指令在执行时，PC值已经指向ADD的地址。ADD的指令在AND后的第二条指令。
所以有着下列数量关系：
PC→F（ADD的地址）
E（当前AND的执行地址）+8 (因为落后两条指令 2*4=8)= F （ADD的地址）
根据上述流水线的机制，我们的处理器执行的指令是落后于要预取的指令地址，落后两个时钟周期。对于32位处理器而言，也就是：
PC值=当前指令地址（E）+8

 

 图2是对图1中竖着的椭圆的更详细的描述。
PC=F（当前预取的指令地址）
D=PC-4 （译码地址落后预取的地址1个周期）
E=PC-8（执行地址落后预取的地址两个周期）

 

 

正是由于三级流水，使用BL XXX跳转到函数XXX之前，会把PC-4放入LR寄存器中，PC-4是当前执行指令的下一条指令，函数XXX的末尾执行BX LR（相当于 MOV PC, LR）就回到下一条指令执行