在Intel 64與IA-32架構中，存在一類用于跳轉到以及跳出程序段的指令：PUSH、POP、CALL、LEAVE與RET。這些指令可以在沒有其余指令的干預下隱式地更新棧寄存器（ESP），維護棧內的參數，然后再執行其它相應的操作。在P3處理器之前，這類指令都會被解碼成多條μops。

從PM處理器開始，引入了Stack Pointer Tracker技術。PM處理器的decoder中添加了對上述指令的處理邏輯，使得上述指令中的隱式更新ESP部分可以在decoder內完成。這種技術帶來了以下便利：

• 節約解碼帶寬，因為少輸出了一個更新ESP的μop，PUSH、POP、以及RET都變成了單μop指令。
• 節約執行帶寬，因為更新ESP的運算不用在EU內執行了。
• 提升了out-of-order處理的并行度，因為ESP間的隱式依賴已經被消除。
• 降低了功耗，因為ESP的更新采用了更小型的硬件。

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不過ESP除了上述指令中的隱式運算外，還能進行顯式運算。ESP的隱式運算是在decoder中以in-order順序進行的，而顯式運算是在execution unit中以out-of-order順序進行的，為了使得ESP相關指令正確執行，有必要對decoder以及EU中的ESP進行同步。同步分為兩部分：

• decoder執行完ESP相關運算后，把ESP更新到EU。
• EU執行完ESP相關運算后，把ESP更新到decoder。

這需要EU以及decoder有對ESP的跟蹤能力（Stack Pointer Tracking），不過由于指令在經過renamer的時候有用RAT記錄了所有寄存器的映射，因此不單單EU，decoder也能跟蹤到ESP的變化。

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sync ESP from decoder to EU

decoder向EU更新ESP的實現方法是把ESP分為兩部分

ESP_P = ESP_O + ESP_D

其中ESP_P是程序員眼中的ESP值（ESP實際值）；ESP_O是EU中用到的ESP，顯式的ESP運算會用到該數值；ESP_D是decoder中維護的差值，隱式ESP運算會修改這個數值。以下面的例子來闡述其中機制（僅供參考）

如上圖所示，在解碼POP/PUSH等隱式修改ESP的指令的時候，可以得到這些指令對ESP修改的差值ESP_D，然后通過這些差值，decoder內部的硬件邏輯可以直接算出ESP_P并用于這類指令的后續操作。一旦碰上顯式訪問ESP的指令，如果此時ESP_D不為0，則插入一條用于更新ESP_O的μop，然后把ESP_D置為0。

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sync ESP from EU to decoder

由于在pipeline中decoder位于EU的前方，所以有可能會出現這種情況：decoder在計算ESP_P時，所需的ESP_O還沒處理完成，此時ESP_P只能依靠推測來得到，即speculative calculation。由于可能會推測錯誤，因此在得到ESP_O后還需要進行判斷，如果出錯則應該把指令回溯，重新以正確的ESP再次執行。有興趣的可以查看Reference中的第二三條鏈接作為拓展閱讀。

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優化建議

StackPointerTracker會在隱式修改ESP指令之后的第一條顯式訪問ESP的指令插入一條同步指令，因此如果對ESP的隱式修改與顯式訪問指令頻繁交替，則會不斷添加同步μop，因而會影響指令的處理效率。不過無論是隱式修改ESP還是顯式訪問ESP都是函數不可或缺的一部分，因此在函數體內盡量減少對ESP的隱式顯式交替訪問（盡量不用PUSH/POP指令），某些critical代碼善用inline。

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Reference：

Intel? 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual

Literature: S. Gochman, et al.: The Intel Pentium M Processor: Microarchitecture and Performance. Intel Technology Journal, vol. 7, no. 2, 2003

M. Bekerman, et al. : Early Load Address Resolution Via Register Tracking

轉載于:https://www.cnblogs.com/TaigaCon/p/7711504.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Stack Pointer Tracker的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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