Средства и методы разработки

[Последовательный суперскаляр]. Ключевая идея для embedded CPU 

Пусть у нас будет ядро, 200....1000 МГц. И пусть будет шина периферии, 30-50-100 МГц.

Вот процессор пишет в регистр периферии. Буфера для записи (даже в ARM926 их штук 8 было) или кеш отработают это, не тормозя процессор. Но нужна блокировка, если кто вдруг сразу прочитает по этом адресу - программная или аппаратная.

Вот процессор читает регистр периферии. И наступает жопа. Процессор замирает, пока не отработается чтение из регистра.

Пусть у нас будет "буфер чтения", несколько шт. В том такте, где у нас была команда "прочитать по адресу в регистре и положить в другой регистр", это пишется в буфер чтения. Регистр блокируется битом неготовности. Если кто полезет в регистр, все тормозится, прерывания и вызов, возврат из подпрограмм запрещены.

Если у нас нет обращения к регистру, то ничего не тормозится.

Когда периферийная шина отработала, и прочитанное попало в буфер чтения, то процессор на 1 такт тормозит все остальное, данные попадают в регистр, бит неготовности снимается.

Структура процессора несколько усложнится, но слабо, и сложных перекрестных зависимостей в этой структуре нет. Тактовая не упадет сильно.

Суперскаляр - это когда поток команд разбивается на несколько параллельных потоков, которые патаются исполнить независимо. И там есть такой механизм - если что-то не готово для исполнения, поток курит бамбук, другие работают. Но это намного более сложная структура. Это откуда такое название.

Идею можно расширить. Пусть у нас тактовая ядра в несколько раз выше тактовой внешней памяти. SAM9X60 - 600 Мгц ядро, 200 - SDRAM. Если мы хотим прочитать из памяти, а она не закеширована, но страница открыта - нужно отложить чтение на 5 тактов, скажем, делая что-то другое (например, записывая, или читая из закешированной области) мы сэкономим бесценные тактики. В среднем можно прилично съкономить. Можно также сократить размер кеша без потери скорости, что всегда полезно.

Если у нас ZBT, синхронная статическая память, то при грамотном проектировании можно вообще микроскопическим кешом обойтись.