RISC CPU對轉(zhuǎn)移指令的處理及仿真分析

2.3.2　BTC存儲

當(dāng)轉(zhuǎn)移指令第一次執(zhí)行時，BTC在當(dāng)前時鐘啟動存儲任務(wù)，把該指令執(zhí)行的信息寫入對應(yīng)的單元中，對于BCC指令，確定2BC的初始狀態(tài)。同時也把該行的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

在取指周期開始時如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前取指地址包含在BTC的TAG中，并且對應(yīng)行的VI也有效，則認(rèn)為BTC命中，從而啟動命中任務(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，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，然后確定下一條指令的地址：跳轉(zhuǎn)時為轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址，不跳轉(zhuǎn)為PC+2。對于帶Ａ參數(shù)的BCC指令，在跳轉(zhuǎn)不執(zhí)行時，要禁止DI在下一時鐘進(jìn)入譯碼級。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)前周期開始時啟動BTC檢查任務(wù)；如果前一周期BTC是根據(jù)HI預(yù)測BCC的跳轉(zhuǎn)，那么在當(dāng)前時鐘標(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，請求在下一時鐘禁止譯碼級或執(zhí)行級。同時還要根據(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RISC CPU用Verilog HDL語言進(jìn)行了描述，并針對標(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槽指令，轉(zhuǎn)移指令的執(zhí)行與程序順序執(zhí)行時完全相同； 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)行時基本不占用流水線資源，大大提高了CPU的效率