RISC-V單周期處理器設(shè)計（基本介紹和數(shù)據(jù)通路）（一）-創(chuàng)新互聯(lián)

一、設(shè)計步驟

1.處理器設(shè)計的基本規(guī)范：指令

目前成都創(chuàng)新互聯(lián)公司已為超過千家的企業(yè)提供了網(wǎng)站建設(shè)、域名、網(wǎng)頁空間、網(wǎng)站托管、企業(yè)網(wǎng)站設(shè)計、和平網(wǎng)站維護(hù)等服務(wù)，公司將堅持客戶導(dǎo)向、應(yīng)用為本的策略，正道將秉承"和諧、參與、激情"的文化，與客戶和合作伙伴齊心協(xié)力一起成長，共同發(fā)展。

包括處理器需要具有那些功能，需要注意的是處理器的功能是由指令唯一確定。

2.處理器設(shè)計方案（包括數(shù)據(jù)通路和控制器）

數(shù)據(jù)通路：指令執(zhí)行過程中，數(shù)據(jù)所經(jīng)過的路徑，包括路徑中的部件。它是指令的執(zhí)行部件。

控制器：對指令進(jìn)行編碼，生成指令對應(yīng)的控制信號，控制數(shù)據(jù)通路的動作。并且能對執(zhí)行部件發(fā)出控制信號。是指令的控制部件。

二、常見類型指令的數(shù)據(jù)通路

每種指令的介紹可以參考我上一篇博客關(guān)于RISC-V指令集介紹

這里的數(shù)據(jù)通路包括：R型，I型，S型，B型，J型指令

1.R型數(shù)據(jù)通路

首先了解個個部件：

PC：程序計數(shù)器，單周期就是就是每個周期執(zhí)行一條指令，每條指令執(zhí)行完 PC+4(32位)到下一條指令

IM：指令存儲器，我們寫的一條條指令就放在指令存儲器中，通過PC來判斷取到了那一條指令。

RF:寄存器堆，R型指令包括三個寄存器 RS1,RS2,Rd。

ALU:運(yùn)算單元，輸入兩個寄存器中的數(shù)據(jù)，通過ALU運(yùn)算，將計算結(jié)果寫回到Rd中。

R型指令：寄存器對寄存器操作。數(shù)據(jù)通路運(yùn)行如下：通過clk控制pc從IM中取指令，指令送入寄存器堆（RF）中，從寄存器堆(RF)中取出數(shù)據(jù)送入運(yùn)算單元(ALU)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果重新存儲到寄存器堆(RF)中。

I型數(shù)據(jù)通路

需要注意：我們是要設(shè)計一個支持多種指令的數(shù)據(jù)通路，因此I型不要有新的數(shù)據(jù)通路，而是要在R型指令的基礎(chǔ)上有一點(diǎn)小的改變實(shí)現(xiàn)。

首先講解I型指令：立即數(shù)與寄存器操作，或者訪問存儲器操作。兩者的區(qū)別在于訪存類指令是把存儲器中的值寫回寄存器堆，而其他類型I型指令是把ALU運(yùn)算結(jié)果寫回到寄存器堆。

添加的部件

1.存儲器模塊(DM)：通過ALU計算出訪存地址，從存儲器中去除數(shù)據(jù)放入寄存器堆中。

2.立即數(shù)生成模塊（EXT）：從數(shù)據(jù)通路中提取出立即數(shù)。注意不同類型的指令立即數(shù)存儲格式不太一樣，這個在我指令集那一篇博客中有講解。

2.選擇器：兩個選擇器，一個是送入ALU中數(shù)據(jù)的選擇器，第二個是DM和ALU計算結(jié)果的選擇。

I型指令：立即數(shù)與寄存器堆操作。數(shù)據(jù)通路如下：通過clk控制pc從IM中取指令，指令送入寄存器堆（RF）和立即數(shù)生成單元（EXT）中，從寄存器堆(RF)中取出數(shù)據(jù)與立即數(shù)生成單元（EXT）數(shù)據(jù)共同進(jìn)入運(yùn)算單元(ALU)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過選擇器直接（或者訪存，將內(nèi)存中數(shù)據(jù)）寫回寄存器堆。

S型指令數(shù)據(jù)通路

解釋：S型指令與訪存類指令其實(shí)是一個相反的過程，S型指令是把ALU結(jié)果存儲的存儲器（DM）中去（S型指令不需要寫會寄存器堆，也不需要增加其他模塊）。

S型指令：將rs2寄存器中的值存儲到rs1寄存器偏移立即數(shù)位地址中去。數(shù)據(jù)通路如下：通過clk控制pc從IM中取指令，指令送入寄存器堆（RF）和立即數(shù)生成單元（EXT）中，從寄存器堆(RF)中取出數(shù)據(jù)與立即數(shù)生成單元（EXT）數(shù)據(jù)共同進(jìn)入運(yùn)算單元(ALU)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果作為寫入DM的地址，而寫入地址中的值是另一個寄存器中的值，具體可以觀察上圖數(shù)據(jù)通路。

B型數(shù)據(jù)通路

B型指令主要是條件跳轉(zhuǎn)，滿足條件要經(jīng)行跳轉(zhuǎn)，這里跳轉(zhuǎn)實(shí)際上是PC指針的跳轉(zhuǎn)（可以想象C語言函數(shù)的調(diào)用），因此需要比較是否滿足條件，還有PC=（PC+立即數(shù)）或者（PC+4）。

添加的部件

CMP:比較部件，比較兩個寄存器中的值是否相等，是否滿足跳轉(zhuǎn)的條件。

兩個選擇器：一個是判斷PC=（PC+立即數(shù)）還是（PC+4）。另一個是判斷送入A（RS1寄存器中的值）還是PC的值進(jìn)入ALU。

B型指令：判斷兩個寄存器值關(guān)系（大于，小于，或者相等），滿足對應(yīng)指令條件，PC跳轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)通路：通過clk控制pc從IM中取指令，指令送入寄存器堆（RF）和立即數(shù)生成單元（EXT）中，判斷兩個寄存器中數(shù)據(jù)的關(guān)系，滿足條件PC跳轉(zhuǎn)到PC+立即數(shù)位置去，不滿足條件則不跳轉(zhuǎn)。

J型數(shù)據(jù)通路

只增加了藍(lán)色的那一條線

這里很好理解，J型與B型的區(qū)別在于，B型是有條件跳轉(zhuǎn)，而J型則是無條件跳轉(zhuǎn)，同時J型需要把PC+4存儲到寄存器堆中。

J型指令：將pc+4存儲到rd寄存器中，同時pc跳轉(zhuǎn)到pc+立即數(shù)位置去。數(shù)據(jù)通路不在解釋，與上面類似。

改進(jìn)：這幾天思考我向pc+4和pc+立即數(shù)這樣的操作其實(shí)沒必要使用ALU來完成，不如直接使用一個加法器實(shí)現(xiàn)，因此對上面的數(shù)據(jù)通路做了一個小的改變（主要是寫代碼的是否變了）

總結(jié)

上文中主要講解了，RISC-V的數(shù)據(jù)通路基本部分，但是我們發(fā)現(xiàn)上面有很多的選擇器，而每個選擇器其實(shí)都要有對應(yīng)的控制信號，那這些控制信號怎么產(chǎn)生那？還有這么多條指令，有如何識別對應(yīng)的指令那？這就需要說的另一個重要組成部分，控制器。它是負(fù)責(zé)給數(shù)據(jù)通路對應(yīng)的控制信號，同時判斷指令類型的。下一篇博客我將會講解我自己學(xué)習(xí)控制器的部分。

我對學(xué)習(xí)RISC-V踩過的坑：不要一上來就急于直接看代碼。學(xué)習(xí)RISC-V時，首先要理解RISC-V指令集，我的上一篇博客就是講解自己理解的一些基本指令集，接下來就是要學(xué)習(xí)各種指令類型對應(yīng)的數(shù)據(jù)通路。接下來理解控制器。最后就是各各模塊的代碼編寫了。后續(xù)我也會把自己各各模塊寫入博客，期待大家的關(guān)注。

上文的數(shù)據(jù)通路也是我自己查資料，看視頻理解的，可能存在一些錯誤，還望各位指點(diǎn)。

你是否還在尋找穩(wěn)定的海外服務(wù)器提供商？創(chuàng)新互聯(lián)www.cdcxhl.cn海外機(jī)房具備T級流量清洗系統(tǒng)配攻擊溯源，準(zhǔn)確流量調(diào)度確保服務(wù)器高可用性，企業(yè)級服務(wù)器適合批量采購，新人活動首月15元起，快前往官網(wǎng)查看詳情吧

網(wǎng)站名稱：RISC-V單周期處理器設(shè)計（基本介紹和數(shù)據(jù)通路）（一）-創(chuàng)新互聯(lián)
標(biāo)題URL：http://muchs.cn/article46/ddsihg.html

成都網(wǎng)站建設(shè)公司_創(chuàng)新互聯(lián)，為您提供營銷型網(wǎng)站建設(shè)、面包屑導(dǎo)航、響應(yīng)式網(wǎng)站、網(wǎng)站內(nèi)鏈、域名注冊、網(wǎng)站改版

聲明：本網(wǎng)站發(fā)布的內(nèi)容（圖片、視頻和文字）以用戶投稿、用戶轉(zhuǎn)載內(nèi)容為主，如果涉及侵權(quán)請盡快告知，我們將會在第一時間刪除。文章觀點(diǎn)不代表本網(wǎng)站立場，如需處理請聯(lián)系客服。電話：028-86922220；郵箱：631063699@qq.com。內(nèi)容未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載，或轉(zhuǎn)載時需注明來源：創(chuàng)新互聯(lián)

猜你還喜歡下面的內(nèi)容