循环的软流水原理和实例展示

软流水的原理： 

1.分解同一循环内的指令相关，把指令软件方式重排， 实现指令的流水。

2. 重排后的指令，以抽取的不同次的循环代码为主体进行新的循环。

3. 由于打乱了原来的指令的顺序，比如store操作出现在了Load操作之前（当然，这个load其实是下一次循环的load），需要在新的循环进入之前有装入代码来喂饱第一次循环的store，而在新循环结束时，最后一次循环的Load指令获得的数据还没有store，所以还需要额外的排空代码。

软件流水目前没有很常见的标准的做法，现提供一个比较简单和容易理解的方式来手工实现软流水。

例子是龙芯设计师胡伟武老师的《计算机体系结构》一书的习题，代码如下；

我的思路和方法，不想码字了，，，写在了纸上，有点乱，字也差，希望不影响阅读。

为了方便大家理解，我简单说下过程：

1.画结构图：根据指令的依赖关系和代码顺序，画程序（指令）结构图，同一层的指令可以合并来处理，他们内部的顺序无所谓。这样可以简化接下来的过程。

2.循环展开：将旧循环展开几次，横着写，具体需要展开的次数，和装入代码的Load指令数有关，要确保装入代码的load的操作数可以在新的循环（竖着看，画圈的地方）结束前被store完。 根据我们的这个题目，首先新循环（画圈的地方）需要展开3次，为了能把新循环展开3次，我们的旧循环（横着看）需要展开6次。

3.确定新循环主体：竖着的画圈的指令，从上往下的顺序就是新循环的循环主体，新循环里的指令的地址下标，是接下来要确定的，也是最关键的一步。指令的下标多少，需要选一个参考点，这里选取排空代码第一行（也就是旧循环的第四次循环）为基点0，然后根据这个往上倒推，可以确定新循环的第一个store指令的地址下标为-24.然后再根据这个基点，确定新循环的其他指令的地址下标，最后加上原来的循环开销指令，就完成了新循环的主体。

4.装入代码：圆圈的左上角的指令都是装入代码，按照从上往下的顺序写下来，地址下标，根据旧循环次数一次变化，在最后一步，更新地址值时，要确保新的地址值在进入新循环时和store指向的地址对应（比如新循环的第一个store存的是第一个0(R1)的load值，而当前store -24（R1），所以R1的值在装入代码最后一步，需要加24。或者换种理解：因为前面装入代码的过程是旧循环的3次展开，所以最后R1的下标递增时应该是8*3=24了）。

5.排空代码：圆圈的右下角就是排空代码。从上往下顺序写下来。因为新循环展开了3次，所以最后的排空代码开始时的store的地址下标是-24，这样刚好把在新循环里面load的值的地址对应起来了，存的数据也就不会错了。（可以看出一个规律，新循环主体的第一个store的下标和排空指令的第一个指令下标其实是一样的。）

经过以上步骤，就可以实现一个正确的软流水了。是不是感觉软流水也没那么复杂了呢？