一、 蜂鸟E203处理器的写回硬件实现
核心思想如下
- 将指令划分为单周期指令和长指令两大类
- 将长指令的交付和写回分开，使得即使执行力多周期的长指令也不会阻塞流水线，妨碍单指令
主要包含最终写回仲裁、长指令写回仲裁
最终写回仲裁
长指令的写回比单周期指令的写回具有更高的优先级，在没有长指令写回的空闲周期，后面的单周期指令可以随时写回，乱序写回。
最终写回仲裁的部分源代码如下所示
module e203_exu_wbck(
//////////////////////////////////////////////////////////////
// The ALU Write-Back Interface
input alu_wbck_i_valid, // Handshake valid //alu表明有指令需要写回
output alu_wbck_i_ready, // Handshake ready //wbck向alu返回读写反馈请求
input [`E203_XLEN-1:0] alu_wbck_i_wdat, // 从alu写回的数据值
input [`E203_RFIDX_WIDTH-1:0] alu_wbck_i_rdidx, // 写回的寄存器索引值
// If ALU have error, it will not generate the wback_valid to wback module
// so we dont need the alu_wbck_i_err here
//////////////////////////////////////////////////////////////
// The Longp Write-Back Interface
input longp_wbck_i_valid, // Handshake valid //表明有长指令需要写回
output longp_wbck_i_ready, // Handshake ready //wbck向longpwbck返回读写反馈请求
input [`E203_FLEN-1:0] longp_wbck_i_wdat, // 从longpwbck写回的数据值
input [5-1:0] longp_wbck_i_flags, // 从longpwbck写回标志
input [`E203_RFIDX_WIDTH-1:0] longp_wbck_i_rdidx, // 从longpwbck写回的寄存器索引
input longp_wbck_i_rdfpu, // 从longpwbck写回到FPU的标志
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// The Final arbitrated Write-Back Interface to Regfile
output rf_wbck_o_ena, // 写使能
output [`E203_XLEN-1:0] rf_wbck_o_wdat, // 写回的数据值
output [`E203_RFIDX_WIDTH-1:0] rf_wbck_o_rdidx, // 写回的寄存器索引
input clk,
input rst_n
);
OITF模块和长治零写回仲裁模块
这两个模块完成所有长指令的写回操作。
执行不同的长指令所需要的周期数不同，我们使用OITF来纪录长治零的先后关系。OITF红的每个表项都带有一个指针（Instruction Tag），每个长指令都会带着这个ITAG。只要没有发生寄存器冲突都可以乱序写回，但是会增加硬件设计。
总结
E203如果只考虑单周期指令则为“顺序发射、执行写回”
如果仅讨论长指令“顺序发射、乱序执行、顺序写回”
如果都考虑“顺序发射、乱序执行、乱序写回”
二、 蜂鸟E203处理器的存储器
没有缓存
有一些低功耗处理器是不使用缓存的主要有以下几个原因
- 无法保证实时性。有可能发生缓存不命中（cache miss），这就需要到外部存储器读取数据，所以一般使用ITCM和DTCM
- 代码量较少
- 面积和功耗考虑
ARM CortexM0、3、4都没有配备缓存 7配有缓存，是双发射6级流水线的CPU
一定要有存储器
哈佛体系结构特点
- 将程序和数据存储在不同的存储空间中国，每个存储器独立编址，独立访问
- 与两个存储器相对应的是两条独立的指令总线和数据总线。这样可以使得处理器在一个时钟周期内同时获得指令字和操作数
- 取址和执行可以并行执行
ITCM和DTCM
M3和M4就配置了这两个，原因如下
- 能够保证实时性，不存在缓存不命中的情况，延迟是可知的
- 满足代码量要求
- 面积功耗小
RISC-V对于存储器访问指令的简化
- 仅支持小端格式
- 无地址自增自减模式
- 无一次读多个数据和一次写多个数据的指令
AGU:负责读和写指令，以及A拓展指令集生成存储器访问地址
LSU：主要作为存储器访问的控制模块
