蜂鸟E200模块分析——IFU:Simple-BPU

image

==①Mini-Decode==:
Mini-Decode 模块内部也是例化调用一个完整的 Decode 模块,但是将其不相关的输入信号接零输出信号悬空不连接,从而使得综合工具将完整 Deco 模块中无关逻辑优化掉,成为一个 Mini-Decode。
好处是不用维护两个decode模块。
==②Simple-BPU==:

  • 带条件直接跳转指令——Bxx(BEQ、BNE等)

P:使用静态预测后跳转则预测为需要跳,否则预测为不需要跳〉。

assign prdt_taken   = (dec_jal | dec_jalr | (dec_bxx & dec_bjp_imm[`E203_XLEN-1]));
//如果立即数表示的偏移量( offset 为负数 最高位符号位为 ), 意昧着方向为向后跳转,预测为需要跳转

T:对于其跳转目标地址, Simple-BPU 按照指令的定义,使用其 PC 和立即数表示的 offset 相加得到其跳转目标地址。

assign prdt_pc_add_op1 = (dec_bxx | dec_jal) ? pc[`E203_PC_SIZE-1:0]:............
 // 如果为bxx或者jal 这是取当前pc
assign prdt_pc_add_op2 = dec_bjp_imm[`E203_PC_SIZE-1:0];
// 使用立即数表示的偏移量
  • 无条件直接跳转jal:address = PC + offset,同上代码段
  • 无条件间接跳转jalr:
    ![(https://img-blog.csdnimg.cn/20200402200208906.png)
    jalr的指令为jalr rd, rs1, offset。rs1可能出现RAW的情况,对于rs1,有如下解决方法:
    1.如果rs1 = x0(x0为常数0)
    image

    再进行op1 + op2
    2.如果rs1 = x1,则判断是否为在忙,如果x1结果在alu计算,则等待一个周期。
    3.如果rs1 = xn(除x0,x1其他的),具体注释在代码中
    具体代码实现如下:
`include "e203_defines.v"
module e203_ifu_litebpu(

  // Current PC
  input  [`E203_PC_SIZE-1:0] pc,

  // The mini-decoded info
  input  dec_jal,
  input  dec_jalr,
  input  dec_bxx,
  input  [`E203_XLEN-1:0] dec_bjp_imm,//32
  input  [`E203_RFIDX_WIDTH-1:0] dec_jalr_rs1idx,//5

  // The IR index and OITF status to be used for checking dependency
  input  oitf_empty,
  input  ir_empty,
  input  ir_rs1en,
  input  jalr_rs1idx_cam_irrdidx,//rs = x1的时候 是否计算完毕x1 解决RAW

  // The add op to next-pc adder
  output bpu_wait,
  output prdt_taken,
  output [`E203_PC_SIZE-1:0] prdt_pc_add_op1,   // 怀疑以后将两个操作数op1 op2通过加法器相加
  output [`E203_PC_SIZE-1:0] prdt_pc_add_op2,

  input  dec_i_valid,

  // The RS1 to read regfile
  output bpu2rf_rs1_ena,
  input  ir_valid_clr,
  input  [`E203_XLEN-1:0] rf2bpu_x1,
  input  [`E203_XLEN-1:0] rf2bpu_rs1,

  input  clk,
  input  rst_n
  );


  
  // The JAL and JALR is always jump, bxxx backward is predicted as taken
  //关于是否要跳的预测部分
  assign prdt_taken   = (dec_jal | dec_jalr | (dec_bxx & dec_bjp_imm[`E203_XLEN-1]));
  // The JALR with rs1 == x1 have dependency or xN have dependency
  //对于jalr rs1是否为x0、x1、xn(除了x0,x1剩下的)
  wire dec_jalr_rs1x0 = (dec_jalr_rs1idx == `E203_RFIDX_WIDTH'd0);
  wire dec_jalr_rs1x1 = (dec_jalr_rs1idx == `E203_RFIDX_WIDTH'd1);
  wire dec_jalr_rs1xn = (~dec_jalr_rs1x0) & (~dec_jalr_rs1x1);//xn的时候走registerfile的读口,不进行加速
// dep为depend 数据依赖。 也就是当想要读x1的时候,x1却在计算中,xl 常用于 link 寄存器作为函数返回跳转指令 因此蜂E200 对其进行特别加速
//将 x1 从处于 EXU Regfile 直接拉线取出 (不需要占用 Regfile 的读端口)
//oitf——长指令;jalr_rs1idx_cam_irrdidx为x1是否计算完毕
//如果有RAW,则jalr_rs1x1_dep = 1,会阻止下一个pc生成
  wire jalr_rs1x1_dep = dec_i_valid & dec_jalr & dec_jalr_rs1x1 & ((~oitf_empty) | (jalr_rs1idx_cam_irrdidx));
  wire jalr_rs1xn_dep = dec_i_valid & dec_jalr & dec_jalr_rs1xn & ((~oitf_empty) | (~ir_empty));

                      // If only depend to IR stage (OITF is empty), then if IR is under clearing, or
                          // it does not use RS1 index, then we can also treat it as non-dependency
  wire jalr_rs1xn_dep_ir_clr = (jalr_rs1xn_dep & oitf_empty & (~ir_empty)) & (ir_valid_clr | (~ir_rs1en));

  wire rs1xn_rdrf_r;
  //rs1xn_rdrf_set就是rs1 = xn,read register file的set
  //当为jalr、xn,且rf的读端口1没有oitf,没有RAW,等一系列情况时, set = 1;
  wire rs1xn_rdrf_set = (~rs1xn_rdrf_r) & dec_i_valid & dec_jalr & dec_jalr_rs1xn & ((~jalr_rs1xn_dep) | jalr_rs1xn_dep_ir_clr);
  wire rs1xn_rdrf_clr = rs1xn_rdrf_r;
  //set = 1,拉起ena,这个信号使开始读rf的读第一端口
  wire rs1xn_rdrf_ena = rs1xn_rdrf_set |   rs1xn_rdrf_clr;
  wire rs1xn_rdrf_nxt = rs1xn_rdrf_set | (~rs1xn_rdrf_clr);

  sirv_gnrl_dfflr #(1) rs1xn_rdrf_dfflrs(rs1xn_rdrf_ena, rs1xn_rdrf_nxt, rs1xn_rdrf_r, clk, rst_n);

  assign bpu2rf_rs1_ena = rs1xn_rdrf_set;
//如果有数据冲突 就拉起wait信号 阻止下一个pc生成
//性能方面,由于使用rf的第一个读端口,没有数据相关性也需要一个周期
  assign bpu_wait = jalr_rs1x1_dep | jalr_rs1xn_dep | rs1xn_rdrf_set;
//pc相加:
  assign prdt_pc_add_op1 = (dec_bxx | dec_jal) ? pc[`E203_PC_SIZE-1:0] // 如果为bxx或者jal 这是取立即数的操作
                         : (dec_jalr & dec_jalr_rs1x0) ? `E203_PC_SIZE'b0 //如果rd为x0,则op1 = 0
                         : (dec_jalr & dec_jalr_rs1x1) ? rf2bpu_x1[`E203_PC_SIZE-1:0]//为直接从registerfile拉出的直接读x1数据口
                         : rf2bpu_rs1[`E203_PC_SIZE-1:0];

  assign prdt_pc_add_op2 = dec_bjp_imm[`E203_PC_SIZE-1:0];

endmodule

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