MIPS R4000，第9部分：愚蠢的分支延迟插槽技巧

最后一次，我们了解了MIPS分支延迟插槽。今天，我们会看一些可以使用分支延迟插槽的一些技巧。

第一个技巧：跳入分支延迟插槽是合法的。当然，当你这样做时，它不是分支延迟插槽。这使您可以编写一些古怪的代码：

当拍摄无条件分支时，在分支目标继续执行之前，V0寄存器将设置为零。

同时，如果有人跳到标签，则执行在标签上继续执行，该标签将v0设置为零，然后继续使用其他内容。

标签的指令作为前提条分支的分支延迟插槽，但如果有人直接跳入其中，它也是基本块中的第一个指令。

我已经看到这类“挤出单一指令”优化出现的机会，但Microsoft编译器不会利用它。这可能是一件好事。 （对于一件事而言，二进制转换工具使程序变得更加困难，以将程序分解为基本块并以不同方式重新组合它们。）

另一个愚蠢的分支延迟插槽技巧是作为跳转的一部分编辑返回地址。

BAL指令将RA寄存器设置为指向分支延迟插槽后的指令，这在我们的情况下是第一个NOP。但在分支延迟插槽中，我们修改了RA寄存器，以便在执行达到被叫过程的开始时，它获得了人工返回地址。

我被告知某种诀窍由某些编译器使用，将呼叫和无条件跳入呼叫与虚假返回地址。例如，在此代码片段中

如果（...）{...功能1（...）; } else {...} //恢复x = 0;

对Function1的调用可能之后是无条件跳转以跳过其他分支。

BAL功能1 NOP;垃圾在分支延迟插槽B恢复或v0，零，零;设置x = 0 ... else-branch代码在这里......或v0，零，零;设置x = 0resume：...

BAL功能1 ADDIU RA，RA，RESUME - Nominal_Return;调整返回addrationnominal_return：... else-branch代码进入这里...恢复：或v0，零，零;设置x = 0 ...

在分支延迟插槽中，我们编辑返回地址，以便在函数1返回时，它恢复在恢复而不是nominal_return时执行，从而避免必须执行另一个分支指令。 （我们还能够删除已挂起的重复或v0，零，零指令，该指令已挂起到无条件分支的分支延迟插槽。）请注意，只有您在分支延迟插槽中有一个垃圾nop，只能获得此节省。如果那里有一个有用的指令，那么转换就会这样：

//原始代码BAL功能1移动A0，R0;函数B恢复或v0的参数，零，零;设置x = 0 // Sneaky代码移动A0，R0;设置函数Bal功能的参数1 Addu Ra，RA，......;调整返回地址：或v0，零，零;设置x = 0

BAL指令的分支延迟插槽中的指令必须进入其他地方，因此您没有保存任何时间（尽管您仍然通过避免重复或v0，零，零）保存一个空间指令。

但正如我们早些时候所看到的那样，这个技巧击败了返回地址预测器，¹所以这可能是一个坏主意。

好的，下次，我们将更加密切地查看呼叫大会。

奖金Chatter：另一个额外的偷偷摸摸的技巧正在重用返回地址。假设您的解释器循环如下：

void解释器_loop（译员_state * state）{for（;;）{uint32_t opcode = * state-＆gt; pc;国家 - 和gt; PC ++; jump_table [操作码]（状态，操作码，状态 - ＆gt; pc）; }}

解释器循环将永远调度到下一个操作码。据推测，您将用Longjmp或其他一些非函数转移突破这个循环。

处理程序函数被赋予当前的解释器状态（所以它可以更新它），并且作为礼貌，它还可以根据便利性获取当前操作码和指向下一个解单字节的指针。

译员_Loop：...移动S0，A0; S0指向解释器状态LA S1，Jump_Table La Ra，Next_opcode;脚注²next_opcode：LW V1,80（S0）;获取下一个操作码字节Addu A2，V1,1的地址;移动到下一个操作码字节（处理程序的参数）lbu a1,0（v1）;加载当前操作码字节（处理程序的参数）SW A2,80（S0）;将指针保存到下一个操作码字节SLL T0，A1,2;多个乘4到索引跳转表Addu T0，T0，S1;计算跳转表LW V0，0（T0）中的条目;加载跳转目标JR V0;跳转到处理程序 - 将返回到Next_opcode Move A0，S0;处理程序的论据

当我们调用第一个处理程序时，RA设置为等于Next_opcode。该处理程序将完成其工作，然后通过将返回地址恢复到RA寄存器并执行JR RA来返回调用者。

这意味着当控制返回到next_opcode时，您知道RA等于Next_opcode！由于这是您想要在该寄存器中的价值，无论如何，当您跳转到下一个处理程序时，您就可以将其留在那里，从而节省您必须明确地分支到Next_opcode的麻烦。

这似乎是一个非常聪明的技巧，但它在实践中可能并不是那么返回地址预测的东西。

¹另一方面，MIPS R4000没有单独的操作码用于“跳转到注册”，并且“跳转间接以获得返回的目的”;它使用两种情况的JR指令。

无法区分跳跃指令是语义上的返回指令是MIPS架构的原始实现中的非问题。它只有一个两级管道，所以单个分支延迟槽就足以避免需要预测任何分支。

MIPS R4000有一个四阶段管道，并且分支错误规定将遭受2个周期的摊位。 MIPS设计人员编码了现有的实践并追溯宣布，如果JR指令中的寄存器操作数是RA，则它将其预测为子程序返回; 否则它预测计算跳跃。 ²为额外的窃款（并保存指令），³循环准备代码可以写成 LA S1，Jump_Table Bal Next_Opcode Move S0，A0; S0指向Interpreter StateNext_opcode： 此版本允许处理器通过执行bal来计算Next_opcode的地址。 这将返回地址设置为分支延迟插槽后的指令，这是next_opcode，然后跳转到... next_opcode，这就是指令已经消失的地方。