RISC CPU對(duì)轉(zhuǎn)移指令的處理及仿真分析

2.3.2　BTC存儲(chǔ)

當(dāng)轉(zhuǎn)移指令第一次執(zhí)行時(shí)，BTC在當(dāng)前時(shí)鐘啟動(dòng)存儲(chǔ)任務(wù)，把該指令執(zhí)行的信息寫入對(duì)應(yīng)的單元中，對(duì)于BCC指令，確定2BC的初始狀態(tài)。同時(shí)也把該行的VI置為有效。BTC采用隨機(jī)替換策略確定數(shù)據(jù)入口：在復(fù)位或Cache清零之后，按順序填充Cache，如果BTC寫滿，則隨機(jī)選通一行進(jìn)行替換。

2.3.3　BTC命中

在取指周期開始時(shí)如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前取指地址包含在BTC的TAG中，并且對(duì)應(yīng)行的VI也有效，則認(rèn)為BTC命中，從而啟動(dòng)命中任務(wù)：讀出命中行的數(shù)據(jù)，把DI送到指令總線，如果是CALL指令，轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址作為下一條指令的地址；如果是BCC 指令則需要判斷跳轉(zhuǎn)是否發(fā)生：當(dāng)標(biāo)志位有效時(shí)，根據(jù)條件碼與標(biāo)志位判斷，否則根據(jù)HI進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后確定下一條指令的地址：跳轉(zhuǎn)時(shí)為轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址，不跳轉(zhuǎn)為PC+2。對(duì)于帶Ａ參數(shù)的BCC指令，在跳轉(zhuǎn)不執(zhí)行時(shí)，要禁止DI在下一時(shí)鐘進(jìn)入譯碼級(jí)。BTC命中的流程如圖3。

2.3.4　BTC檢查

如果前一周期BTC命中，則在當(dāng)前周期開始時(shí)啟動(dòng)BTC檢查任務(wù)；如果前一周期BTC是根據(jù)HI預(yù)測(cè)BCC的跳轉(zhuǎn)，那么在當(dāng)前時(shí)鐘標(biāo)志位有效后，要重新判斷跳轉(zhuǎn)決定是否正確，如果不正確就要進(jìn)行更正，給出正確的取指地址，請(qǐng)求在下一時(shí)鐘禁止譯碼級(jí)或執(zhí)行級(jí)。同時(shí)還要根據(jù)最終的跳轉(zhuǎn)情況和HI的更新算法更新HI。BTC檢查的流程圖如圖4。

3 結(jié)論

整個(gè)RISC CPU用Verilog HDL語(yǔ)言進(jìn)行了描述，并針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明，采用上述方法處理轉(zhuǎn)移指令可以明顯提高流水線的吞吐率。由于在轉(zhuǎn)移指令后面插入了延時(shí)槽指令，轉(zhuǎn)移指令的執(zhí)行與程序順序執(zhí)行時(shí)完全相同； BTC的使用雖然在硬件上增加了一些開銷，但使轉(zhuǎn)移指令再次執(zhí)行時(shí)基本不占用流水線資源，大大提高了CPU的效率