Control Unit — устройство, отвечающее за формирование сигналов Stall и Kill для разрешения конфликтов.
| Номер | Характеристики/Описание | Имя параметра | Допустимые значения | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Подключение константы XLEN | XLEN | 32 | 32 |
| 2 | Разрядность шины адреса регистрового файла (GPR) | GPR_ADDR_W | 5 | 5 |
| Название | Разрядность | in/out | Описание |
|---|---|---|---|
| Тактовый сигнал и сброс | |||
| clk_i | 1 | in | Тактовый сигнал. |
| arstn_i | 1 | in | Асинхронный сброс. Активный уровень - 0. |
| boot_addr_i | XLEN | in | Адрес, с которого начинается загрузка инструкций после сброса. |
| Запросы на формирование сигнала Stall с каждой стадии | |||
| f_stall_req_i | 1 | in | Запрос на формирование сигнала Stall со стадии Fetch |
| d_stall_req_i | 1 | in | Запрос на формирование сигнала Stall со стадии Decode |
| e_stall_req_i | 1 | in | Запрос на формирование сигнала Stall со стадии Execute |
| m_stall_req_i | 1 | in | Запрос на формирование сигнала Stall со стадии Memory |
| Сигналы для формирования сигнала Stall для разрешения конфликта RAW | |||
| f_cu_rs1_addr_i | GPR_ADDR_W | in | Адрес операнда 1 |
| f_cu_rs1_req_i | 1 | in | Cигнал для интерфейса RVFI, говорящий о том, что текущая инструкция считывает и использует значение с регистра по адресу rs1 |
| f_cu_rs2_addr_i | GPR_ADDR_W | in | Адрес операнда 2 |
| f_cu_rs2_req_i | 1 | in | Cигнал для интерфейса RVFI, говорящий о том, что текущая инструкция считывает и использует значение с регистра по адресу rs2 |
| d_cu_rd_addr_i | GPR_ADDR_W | in | Адрес регистра назначения со стадии Decode |
| d_cu_rd_we_i | 1 | in | Сигнал разрешения на запись в регистровый файл со стадии Decode |
| e_cu_rd_addr_i | GPR_ADDR_W | in | Адрес регистра назначения со стадии Execute |
| e_cu_rd_we_i | 1 | in | Сигнал разрешения на запись в регистровый файл со стадии Execute |
| f_valid_i | 1 | in | Сигнал, указывающий на то, что выходные данные с инструкцией действительны со стадии Fetch |
| d_valid_i | 1 | in | Сигнал, указывающий на то, что выходные данные с инструкцией действительны со стадии Decode |
| e_valid_i | 1 | in | Сигнал, указывающий на то, что выходные данные с инструкцией действительны со стадии Execute |
| m_valid_i | 1 | in | Сигнал, указывающий на то, что выходные данные с инструкцией действительны со стадии Memory |
| Сигналы управления | |||
| m_branch_i | 1 | in | Сигнал для определения следующего значения указателя инструкций при инструкциях условного перехода |
| m_jal_i | 1 | in | Сигнал для определения следующего значения указателя инструкций при инструкциях безусловного перехода jal |
| m_jalr_i | 1 | in | Сигнал для определения следующего значения указателя инструкций при инструкциях безусловного перехода jalr |
| m_target_pc_i | XLEN | in | Следующее значение PC в случае перехода (branch/jump) |
| m_next_pc_i | XLEN | in | Текущее значение PC + 4 со стадии Memory |
| m_prediction_i | 1 | in | Результат предсказания. По умолчанию 0 |
| m_br_j_taken_i | 1 | in | Сигнал, указывающий на то, что будет совершен переход |
| Сигнал Stall для каждой стадии | |||
| cu_stall_f_o | 1 | out | Сигнал Stall для стадии Fetch |
| cu_stall_d_o | 1 | out | Сигнал Stall для стадии Decode |
| cu_stall_e_o | 1 | out | Сигнал Stall для стадии Execute |
| cu_stall_m_o | 1 | out | Сигнал Stall для стадии Memory |
| Сигнал Kill для каждой стадии | |||
| cu_kill_f_o | 1 | out | Сигнал Kill для стадии Fetch |
| cu_kill_d_o | 1 | out | Сигнал Kill для стадии Decode |
| cu_kill_e_o | 1 | out | Сигнал Kill для стадии Execute |
| cu_kill_m_o | 1 | out | Сигнал Kill для стадии Memory |
В данном ядре конфликты можно разделить на конфликты по данным и конфликты управления.
Конфликт по данным происходит, когда команда пытается прочитать из регистра значение, которое еще не было записано предыдущей командой. Пример такой ситуации продемонстрирован на рисунке 1.
Для разрешения такого конфликта происходит сравнение адресов операндов со стадии Decode с адресом регистра назначения на стадии Execute и формируется сигнал Stall. Разрешение конфликта по данным показано на рисунке 2.
Конфликт по управлению разрешается путем анализа предсказания перехода и идентификатора выполнения условия перехода (m_br_j_taken_i), сформированных на стадии Exeсute. Если предсказание указывает на то, что перехода не будет, но при этом идентификатор равен 1, то поток инструкций будет перенаправлен в правильном направлении. При этом в момент перенаправления происходит очистка конвейера (формируется сигнал Kill).