ARM的三級流水線結構（一）
看到彙編中很多關於程式返回與中斷返回時處理地址都很特別，仔細想想原來是流水線作用的效果。所以，決定總結學習下ARM流水線。
ARM7處理器採用3級流水線來增加處理器指令流的速度，能提供0.9MIPS/MHz的指令處理速度。
PS:
MIPS（Million Instruction Per Second）表示每秒多少百萬條指令。比如0.9MIPS，表示每秒九十萬條指令。
MIPS/MHz表示CPU在每MHz的執行速度下可以執行多少個MIPS，如0.9MIPS/MHz則表示如果CPU執行在1MHz的頻率下，每秒可執行90萬條指令。
如果CPU在20MHz的頻率下，每秒可執行1800萬條指令。MIPS/MHz可以很好的反映CPU的速度。
3級流水線如上圖所示（PC為程式計數器），流水線使用3個階段，因此指令分3個階段執行。
⑴ 取指從儲存器裝載一條指令
⑵ 譯碼識別將要被執行的指令
⑶ 執行處理指令並將結果寫會暫存器
以前學過的51微控制器，因為比較簡單，所以它的處理器只能完成一條指令的讀取和執行後，才會執行下一條指令。這樣，PC始終指向的正在“執行”的指令。
而對於ARM7來說因為是3級流水線，所以把指令的處理分為了上面所述的3個階段。
所以處理時實際是這樣的：ARM正在執行第1條指令的同時對第2條指令進行譯碼，並將第3條指令從儲存器中取出。
所以，ARM7流水線只有在取第4條指令時，第1條指令才算完成執行。
下圖生動形象的說明了3級流水線的處理機制
下面一句話很關鍵：無論處理器處於何種狀態，程式計數器R15(PC)總是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在執行”的指令或者正在“譯碼”的指令。
人們一般會習慣性的將正在執行的指令作為參考點，即當前第1條指令。
所以，PC總是指向第3條指令，
或者說PC總是指向當前正在執行的指令地址再加2條指令的地址。
處理器處於ARM狀態時，每條指令為4個位元組，所以PC值為正在執行的指令地址加8位元組，即是：
PC值 = 當前程式執行位置 + 8位元組
處理器處於Thumb狀態時，每條指令為2位元組，所以PC值為正在執行的指令地址加4位元組，即是：
PC值 = 當前程式執行位置 + 4位元組
下面一個例子就很好的說明了這個問題。
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- 0x4000 ADDPC,PC,#4 ;正在被執行的指令，將地址值PC+4寫入PC
- 0x4004 ...;正在被譯碼的指令
- 0x4008 ...;正在被取指的指令，PC=0x4008
- 0x400C ...;PC+4=0x400C
另外補充說明就是根據以上描述，流水線只有被指令填滿時才能發揮最大效能，即每時鐘週期完成一條指令的執行（僅單週期指令）。
如果程式發生跳轉，流水線會被清空，這將需要幾個時鐘才能使流水線被再次填滿。因此，儘量地少使用跳轉指令可以提高程式的執行效率
PC代表程式計數器，流水線使用三個階段，因此指令分為三個階段執行：1.取指（從儲存器裝載一條指令）；2.譯碼（識別將要被執行的指令）；3.執行（處理指令並將結果寫回暫存器）。而R15（PC）總是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在執行”的指令或正在“譯碼”的指令。一般來說，人們習慣性約定將“正在執行的指令作為參考點”，稱之為當前第一條指令，因此PC總是指向第三條指令。當ARM狀態時，每條指令為4位元組長，所以PC始終指向該指令地址加8位元組的地址，即：PC值=當前程式執行位置+8；
ARM指令是三級流水線，取指，譯指，執行時同時執行的，現在PC指向的是正在取指的地址，那麼cpu正在譯指的指令地址是PC-4（假設在ARM狀態下，一個指令佔4個位元組），cpu正在執行的指令地址是PC-8，也就是說PC所指向的地址和現在所執行的指令地址相差8。
當突然發生中斷的時候，儲存的是PC的地址
這樣你就知道了，如果返回的時候返回PC，那麼中間就有一個指令沒有執行，所以用SUB pc lr-irq #4。
文章來源：http://blog.csdn.net/enlaihe/article/details/7598941