| 3.4. 为何ARM7中PC=PC+8 | ||
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第 3 章 相关知识点详解 | 
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| 3.4. 为何ARM7中PC=PC+8 | ||
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第 3 章 相关知识点详解 |
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此处解释为何ARM7中，CPU地址，即PC，为何有PC=PC+8这一说法：
众所周知，AMR7，是三级流水线，其细节见图：
首先，对于ARM7对应的流水线的执行情况，如下面这个图所示：
然后对于三级流水线举例如下：
从上图，其实很容易看出，第一条指令：
add r0, r1,$5
执行的时候，此时PC已经指向第三条指令：
cmp r2,#3
的地址了，所以，是PC=PC+8.
ARM7的三条流水线，PC=PC+8，很好理解，但是AMR9中，是五级流水线，为何还是PC=PC+8，而不是
PC
=PC+(5-1)*4
=PC + 16，
呢？
下面就需要好好解释一番了。
具体解释之前，先贴上ARM7和ARM9的流水线的区别和联系：
下面开始对为何ARM9也是PC=PC+8进行解释。
先列出ARM9的五级流水线的示例：
举例分析为何PC=PC+8
然后我们以下面uboot中的start.S的最开始的汇编代码为例来进行解释：
00000000 <_start>:
0: ea000014 b 58 <reset>
4: e59ff014 ldr pc, [pc, #20] ; 20 <_undefined_instruction>
8: e59ff014 ldr pc, [pc, #20] ; 24 <_software_interrupt>
c: e59ff014 ldr pc, [pc, #20] ; 28 <_prefetch_abort>
10: e59ff014 ldr pc, [pc, #20] ; 2c <_data_abort>
14: e59ff014 ldr pc, [pc, #20] ; 30 <_not_used>
18: e59ff014 ldr pc, [pc, #20] ; 34 <_irq>
1c: e59ff014 ldr pc, [pc, #20] ; 38 <_fiq>
00000020 <_undefined_instruction>:
20: 00000120 .word 0x00000120
下面对每一个指令周期，CPU做了哪些事情，分别详细进行阐述：
在看下面具体解释之前，有一句话要牢记，那就是：
PC不是指向你正在运行的指令，而是
PC始终指向你要取的指令的地址
认识清楚了这个前提，后面的举例讲解，就容易懂了。
PC总是指向将要读取的指令的地址（即我们常说的，指向下一条指令的地址），而当前PC=4，
所以去取物理地址为4对对应的指令
ldr pc, [pc, #20]
其对应二进制代码为e59ff014。
此处取指完之后，自动更新PC的值，即PC=PC+4（单个指令占4字节，所以加4）=4+4=8
翻译指令e59ff014
PC总是指向将要读取的指令的地址（即我们常说的，指向下一条指令的地址），而当前PC=8，
所以去物理地址为8所对应的指令“ldr pc, [pc, #20]” 其对应二进制代码为e59ff014。
此处取指完之后，自动更新PC的值，即PC=PC+4=8+4=12=0xc
执行“e59ff014”，即
ldr pc, [pc, #20]
所对表达的含义，即PC
= PC + 20
= 12 + 20
= 32
= 0x20
此处，只是计算出待会要赋值给PC的值是0x20，这个0x20还只是放在执行单元中内部的缓冲中。
翻译e59ff014
此步骤由于是和上面（1）中的执行同步做的，所以，未受到影响，继续取指，而取指的那一时刻，PC为上一Cycle更新后的值，即PC=0xc，所以是去取物理地址为0xc所对应的指令
ldr pc, [pc, #20]
对应二进制为e59ff014
其实，分析到这里，大家就可以看出：
在Cycle3的时候，PC的值，刚好已经在Cycle1和Cycle2，分别加了4，所以Cycle3的时候，PC=PC+8，而同样道理，对于任何一条指令的，都是在Cycle3，指令的Execute执行阶段，如果用到PC的值，那么PC那一时刻，就是PC=PC+8。
所以，此处虽然是五级流水线，但是却不是PC=PC+16，而是PC=PC+8。
进一步地，我们发现，其实PC=PC+N的N，是和指令的执行阶段所处于流水线的深度有关，即此处指令的执行Execute阶段，是五级流水线中的第三个，而这个第三阶段的Execute和指令的第一个阶段的Fetch取指，相差的值是 3 -1 =2，即两个CPU的Cycle，而每个Cycle都会导致PC=+PC+4，所以，指令到了Execute阶段，才会发现，此时PC已经变成PC=PC+8了。
回过头来反观ARM7的三级流水线，也是同样的道理，指令的Execute执行阶段，是处于指令的第三个阶段，同理，在指令计算数据的时候，如果用到PC，就会发现此时PC=PC+8。
同理，假如ARM9的五级流水线，把指令的Execute执行阶段，设计在了第四个阶段，那么就是PC=PC+（第4阶段-1）*4个字节 = PC= PC+12了。
用图来说明PC=PC+8个过程
对于上面的文字的分析过程，可能看起来不是太容易理解，所以，下面这里通过图表来表示具体的流程，就更容易看懂了。其中，下图，是以ARM9的五级流水线的内部架构图为基础，而编辑的出来用于说明为何ARM9的五级流水线，也是PC=PC+8：
对于上图中的，第一个指令在执行的时候，是使用到了PC的值，其实，我们可以看到，
对于指令在执行中，不论是否用到PC的值，PC都会按照既定逻辑，没一个cycle，自动增加4的，套用《非诚勿扰2》中的经典对白，即为：
你（指令执行的时候）用，
或者不用，
PC就在那里，
自动增4
所以，经过两个cycle的增4，就到了指令执行的时候，此时PC已经增加了8了，即使你指令执行的时候，没有用到PC的值，其也还是已经加了8了。而一般来说，大多数的指令，肯定也都是没有用到PC的，但是其实任何指令执行的那一时刻，也已经是PC=PC+8，而多数指令没有用到，所以很多人没有注意到这点罢了。
![[提示]](http://www.crifan.com/files/res/docbook/images/tip.png) |
PC（execute）=PC（fetch）+ 8 |
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对于PC=PC+8中的两个PC，其实含义不完全一样.其更准确的表达，应该是这样： PC（execute）=PC（fetch）+ 8 其中： PC（fetch）：当前正在执行的指令，就是之前取该指令时候的PC的值 PC（execute）：当前指令执行的计算中，如果用到PC，则此时PC的值。 |
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不同阶段的PC值的关系 |
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对应地，在ARM7的三级流水线（取指，译指，执行）和ARM9的五级流水线（取指，译指，执行，存储，写回）中，可以这么说： PC， 总是指向当前正在被取指的指令的地址， PC-4，总是指向当前正在被译指的指令的地址， PC-8，总是指向当前的那条指令，即我们一般说的，正在被执行的指令的地址。 |
【总结】
ARM7的三级流水线，PC=PC+8，
ARM9的五级流水线，也是PC=PC+8，
根本的原因是，两者的流水线设计中，指令的Execute执行阶段，都是处于流水线的第三级。
所以使得PC=PC+8。
类似地，可以推导出：
假设，Execute阶段处于流水线中的第E阶段，每条指令是T个字节，那么
PC
= PC + N*T
= PC + (E - 1) * T
此处ARM7和ARM9：
Execute阶段都是第3阶段 ⇒ E=3
每条指令是4个字节 ⇒ T=4
所以：
PC
=PC + N* T
=PC + (3 -1 ) * 4
= PC + 8
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关于直接改变PC的值，会导致流水线清空的解释 |
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把PC的值直接赋值为0x20。而PC值更改，直接导致流水线的清空，即导致下一个cycle中的，对应的流水线中的其他几个步骤，包括接下来的同一个Cycle中的取指的工作被取消。在PC跳转到0x20的位置之后，流水线重新计算，重新一步步地按照流水线的逻辑，去一点点执行。当然要保证当前指令的执行完成，即执行之后，还有两个cycle，分别做的Memory和Write，会继续执行完成。 |
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| 3.3. 什么是watchdog + 为何在要系统初始化的时候关闭watchdog |  |
3.5. AMR寄存器的别名 + APCS |
