1. 控制冒险
1.1 定义
控制冒险:也叫分支冒险,决策依赖于一条指令的结果,而其他指令正在执行中。比如说分支跳转指令,必须等ALU给出结果后才知道该跳转到哪一条语句。
1.2 引例
![]( http://img.dphweb.cn/blog_picture/202309032153243.png)
按照已有的硬件设计,分支指令在EX阶段决定是否跳转,分支指令后续的两条指令都将被取值并且开始执行。如果不进行干预,这两条条后续指令会在 beq 指令跳转之前就开始执行,这样就是我们不期望的。
所以,在BEQ指令的EX阶段,后两条指令分别进入取指和译码阶段,如果要跳转,则需要将后两条指令清理掉,否则放任两条指令继续执行会改变寄存器的值从而导致错误的结果,这就是后面要讲的流水线冲刷机制。
2. 流水线冲刷
将前两级流水线寄存器冲刷掉可以通过插入nop指令(气泡)来实现,当BEQ指令的EX阶段判断要跳转时,给IF_ID、ID_EX流水线寄存器一个clear信号,使得它们在下一周期输出为0。同时,也要将ID_EX流水线寄存器中的控制信号清零。为便于理解,以下链接是流水线冲刷机制的动画示意图(求赞aaa)。
流水线冲刷机制动画_哔哩哔哩_bilibili
3. 流水线冲刷的硬件实现
3.1 多路选择器
为清除ID_EX阶段的控制信号,在控制信号的产生路径上添加一个二选一多选器如图所示,多选器选择信号为1时,多选器输出为0达到清除控制信号的目的。
![]( http://img.dphweb.cn/blog_picture/202309032215422.png)
3.2 跳转控制单元
跳转控制单元输入为jump信号,即跳转指令发生信号;输出有PC_sel、IF_ID_clear、ID_EX_clear、Ctrl_clear,分别是PC跳转地址选择信号,IF_ID流水线寄存器清空信号、ID_EX流水线寄存器清空信号、主控单元清空信号。
![]( http://img.dphweb.cn/blog_picture/202309032219063.png)
将这几个单元添加进已有的硬件架构中如下图所示:
![]( http://img.dphweb.cn/blog_picture/202405092045149.png)
至此,RISCV处理器核基础版本已全部实现,得到最终的硬件架构图如下图所示:
![]( http://img.dphweb.cn/blog_picture/202405092045149.png)
建议将代码搭配最终硬件架构图食用效果更佳hhh
终于整理得差不多了,挺累的,后续有空再继续更新....
来自广东
求更新
老师这就学完了?😡