[Add] add forwarding
This commit is contained in:
@@ -38,6 +38,13 @@ module mycpu_top(
|
||||
wire [`MS_TO_WS_BUS_WD -1:0] ms_to_ws_bus;
|
||||
wire [`WS_TO_RF_BUS_WD -1:0] ws_to_rf_bus;
|
||||
wire [`BR_BUS_WD -1:0] br_bus;
|
||||
wire [`DS_TO_FW_BUS_WD -1:0] ds_to_fw_bus;
|
||||
wire [`ES_TO_FW_BUS_WD -1:0] es_to_fw_bus;
|
||||
wire [`MS_TO_FW_BUS_WD -1:0] ms_to_fw_bus;
|
||||
wire [`FW_TO_ES_BUS_WD -1:0] fw_to_es_bus;
|
||||
wire [`MS_TO_ES_BUS_WD -1:0] ms_to_es_bus;
|
||||
wire [`WS_TO_ES_BUS_WD -1:0] ws_to_es_bus;
|
||||
|
||||
|
||||
// IF stage
|
||||
if_stage if_stage(
|
||||
@@ -71,7 +78,9 @@ module mycpu_top(
|
||||
.ds_to_es_valid (ds_to_es_valid ),
|
||||
.ds_to_es_bus (ds_to_es_bus ),
|
||||
//to rf: for write back
|
||||
.ws_to_rf_bus (ws_to_rf_bus )
|
||||
.ws_to_rf_bus (ws_to_rf_bus ),
|
||||
|
||||
.ds_to_fw_bus (ds_to_fw_bus )
|
||||
);
|
||||
// EXE stage
|
||||
exe_stage exe_stage(
|
||||
@@ -86,6 +95,14 @@ module mycpu_top(
|
||||
//to ms
|
||||
.es_to_ms_valid (es_to_ms_valid ),
|
||||
.es_to_ms_bus (es_to_ms_bus ),
|
||||
//from fw
|
||||
.fw_to_es_bus (fw_to_es_bus ),
|
||||
//to fw
|
||||
.es_to_fw_bus (es_to_fw_bus ),
|
||||
//from ms
|
||||
.ms_to_ds_bus (ms_to_es_bus ),
|
||||
//from ws
|
||||
.ws_to_ds_bus (ws_to_es_bus ),
|
||||
// data sram interface
|
||||
.data_sram_en (data_sram_en ),
|
||||
.data_sram_wen (data_sram_wen ),
|
||||
@@ -108,7 +125,11 @@ module mycpu_top(
|
||||
//to fs
|
||||
.br_bus (br_bus ),
|
||||
//from data-sram
|
||||
.data_sram_rdata(data_sram_rdata)
|
||||
.data_sram_rdata(data_sram_rdata),
|
||||
//to fw
|
||||
.ms_to_fw_bus (ms_to_fw_bus ),
|
||||
//to es
|
||||
.ms_to_es_bus (ms_to_es_bus )
|
||||
);
|
||||
// WB stage
|
||||
wb_stage wb_stage(
|
||||
@@ -121,6 +142,8 @@ module mycpu_top(
|
||||
.ms_to_ws_bus (ms_to_ws_bus ),
|
||||
//to rf: for write back
|
||||
.ws_to_rf_bus (ws_to_rf_bus ),
|
||||
//to es
|
||||
.ws_to_es_bus (ws_to_es_bus ),
|
||||
//trace debug interface
|
||||
.debug_wb_pc (debug_wb_pc ),
|
||||
.debug_wb_rf_wen (debug_wb_rf_wen ),
|
||||
@@ -128,4 +151,15 @@ module mycpu_top(
|
||||
.debug_wb_rf_wdata(debug_wb_rf_wdata)
|
||||
);
|
||||
|
||||
// Forwarding
|
||||
forward forward(
|
||||
.clk (clk ),
|
||||
.reset (reset ),
|
||||
.ds_to_fw_bus (ds_to_fw_bus),
|
||||
.es_to_fw_bus (es_to_fw_bus),
|
||||
.ms_to_fw_bus (ms_to_fw_bus),
|
||||
|
||||
.fw_to_es_bus (fw_to_es_bus)
|
||||
);
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
@@ -16,7 +16,15 @@ module exe_stage(
|
||||
output data_sram_en ,
|
||||
output [ 3:0] data_sram_wen ,
|
||||
output [31:0] data_sram_addr ,
|
||||
output [31:0] data_sram_wdata
|
||||
output [31:0] data_sram_wdata,
|
||||
//to fw
|
||||
output [`ES_TO_FW_BUS_WD -1:0] es_to_fw_bus ,
|
||||
//from fw
|
||||
input [`FW_TO_ES_BUS_WD -1:0] fw_to_es_bus ,
|
||||
//from ms
|
||||
input [`MS_TO_ES_BUS_WD -1:0] ms_to_ds_bus ,
|
||||
//from ws
|
||||
input [`WS_TO_ES_BUS_WD -1:0] ws_to_ds_bus
|
||||
);
|
||||
|
||||
reg es_valid ;
|
||||
@@ -39,6 +47,15 @@ module exe_stage(
|
||||
wire [31:0] es_rf_rdata2;
|
||||
wire [31:0] es_pc;
|
||||
|
||||
wire [31:0] ms_alu_result;
|
||||
wire [31:0] ws_rf_wdata;
|
||||
|
||||
wire es_src1_is_es_dest;
|
||||
wire es_src1_is_ms_dest;
|
||||
wire es_src2_is_es_dest;
|
||||
wire es_src2_is_ms_dest;
|
||||
wire es_data_is_rf_wdata;
|
||||
|
||||
|
||||
assign {es_alu_op , //166:155
|
||||
es_src1_is_pc , //154:154
|
||||
@@ -57,6 +74,16 @@ module exe_stage(
|
||||
es_pc //31 :0
|
||||
} = ds_to_es_bus_r;
|
||||
|
||||
assign {es_src1_is_es_dest ,
|
||||
es_src1_is_ms_dest ,
|
||||
es_src2_is_es_dest ,
|
||||
es_src2_is_ms_dest ,
|
||||
es_data_is_rf_wdata
|
||||
} = fw_to_es_bus;
|
||||
|
||||
assign ms_alu_result = ms_to_ds_bus;
|
||||
assign ws_rf_wdata = ws_to_ds_bus;
|
||||
|
||||
wire [31:0] br_target;
|
||||
|
||||
wire [31:0] es_alu_src1 ;
|
||||
@@ -81,6 +108,12 @@ module exe_stage(
|
||||
es_pc //31 :0
|
||||
};
|
||||
|
||||
assign es_to_fw_bus = {es_rf_rdata2 ,
|
||||
es_dest ,
|
||||
es_reg_we ,
|
||||
es_mem_we
|
||||
};
|
||||
|
||||
assign es_ready_go = 1'b1;
|
||||
assign es_allowin = !es_valid || es_ready_go && ms_allowin;
|
||||
assign es_to_ms_valid = es_valid && es_ready_go;
|
||||
@@ -97,11 +130,15 @@ module exe_stage(
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
assign es_alu_src1 = es_src1_is_pc ? es_pc :
|
||||
es_rf_rdata1;
|
||||
assign es_alu_src2 = es_src2_is_imm ? es_imm :
|
||||
es_src2_is_4 ? 32'd4 :
|
||||
es_rf_rdata2;
|
||||
assign es_alu_src1 = es_src1_is_pc ? es_pc :
|
||||
es_src1_is_es_dest ? ms_alu_result :
|
||||
es_src1_is_ms_dest ? ws_rf_wdata :
|
||||
es_rf_rdata1;
|
||||
assign es_alu_src2 = es_src2_is_imm ? es_imm :
|
||||
es_src2_is_4 ? 32'd4 :
|
||||
es_src2_is_es_dest ? ms_alu_result :
|
||||
es_src2_is_ms_dest ? ws_rf_wdata :
|
||||
es_rf_rdata2;
|
||||
|
||||
alu u_alu(
|
||||
.alu_op (es_alu_op ),
|
||||
@@ -126,10 +163,11 @@ module exe_stage(
|
||||
: 4'b0000;
|
||||
|
||||
assign data_sram_addr = es_alu_result;
|
||||
assign data_sram_wdata = es_store_op[0] ? {4{es_rf_rdata2[ 7:0]}} :
|
||||
es_store_op[1] ? {2{es_rf_rdata2[15:0]}} :
|
||||
es_store_op[2] ? es_rf_rdata2 :
|
||||
32'b0;
|
||||
assign data_sram_wdata = es_data_is_rf_wdata ? ws_rf_wdata :
|
||||
es_store_op[0] ? {4{es_rf_rdata2[ 7:0]}} :
|
||||
es_store_op[1] ? {2{es_rf_rdata2[15:0]}} :
|
||||
es_store_op[2] ? es_rf_rdata2 :
|
||||
32'b0;
|
||||
|
||||
assign br_target = (^es_branch_op[5:0]) ? (es_pc + es_imm) :
|
||||
( es_branch_op[7:6]) ? (es_pc + es_imm) :
|
||||
|
||||
63
lacpu/rtl/cpu/forward.v
Normal file
63
lacpu/rtl/cpu/forward.v
Normal file
@@ -0,0 +1,63 @@
|
||||
`include "mycpu.v"
|
||||
|
||||
module forward(
|
||||
input clk ,
|
||||
input reset ,
|
||||
input [`DS_TO_FW_BUS_WD -1:0] ds_to_fw_bus,
|
||||
input [`ES_TO_FW_BUS_WD -1:0] es_to_fw_bus,
|
||||
input [`MS_TO_FW_BUS_WD -1:0] ms_to_fw_bus,
|
||||
|
||||
output [`FW_TO_ES_BUS_WD -1:0] fw_to_es_bus
|
||||
);
|
||||
|
||||
reg [`DS_TO_FW_BUS_WD -1:0] ds_to_fw_bus_r;
|
||||
reg [`ES_TO_FW_BUS_WD -1:0] es_to_fw_bus_r;
|
||||
reg [`MS_TO_FW_BUS_WD -1:0] ms_to_fw_bus_r;
|
||||
|
||||
wire [4:0] ds_rf_raddr1;
|
||||
wire [4:0] ds_rf_raddr2;
|
||||
wire [4:0] es_rf_raddr2;
|
||||
wire [4:0] es_dest;
|
||||
wire [4:0] ms_dest;
|
||||
|
||||
wire es_mem_we;
|
||||
wire es_reg_we;
|
||||
wire ms_reg_we;
|
||||
|
||||
wire src1_is_es_dest;
|
||||
wire src1_is_ms_dest;
|
||||
wire src2_is_es_dest;
|
||||
wire src2_is_ms_dest;
|
||||
wire data_is_rf_wdata;
|
||||
|
||||
assign {ds_rf_raddr1, ds_rf_raddr2 } = ds_to_fw_bus_r;
|
||||
assign {es_rf_rdata2, es_dest, es_reg_we, es_mem_we} = es_to_fw_bus_r;
|
||||
assign {ms_dest , ms_reg_we} = ms_to_fw_bus_r;
|
||||
|
||||
assign fw_to_es_bus = {src1_is_es_dest , //4:4
|
||||
src1_is_ms_dest , //3:3
|
||||
src2_is_es_dest , //2:2
|
||||
src2_is_ms_dest , //1:1
|
||||
data_is_rf_wdata //0:0
|
||||
};
|
||||
always @(posedge clk) begin
|
||||
if(reset) begin
|
||||
ds_to_fw_bus_r <= 0;
|
||||
es_to_fw_bus_r <= 0;
|
||||
ms_to_fw_bus_r <= 0;
|
||||
end
|
||||
else begin
|
||||
ds_to_fw_bus_r <= ds_to_fw_bus;
|
||||
es_to_fw_bus_r <= es_to_fw_bus;
|
||||
ms_to_fw_bus_r <= ms_to_fw_bus;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
assign src1_is_ms_dest = ms_reg_we && (ms_dest != 5'b0) && (es_dest != ds_rf_raddr1) && (ms_dest == ds_rf_raddr1);
|
||||
assign src1_is_es_dest = es_reg_we && (es_dest != 5'b0) && (es_dest == ds_rf_raddr1);
|
||||
assign src2_is_ms_dest = ms_reg_we && (ms_dest != 5'b0) && (es_dest != ds_rf_raddr2) && (ms_dest == ds_rf_raddr2);
|
||||
assign src2_is_es_dest = es_reg_we && (es_dest != 5'b0) && (es_dest == ds_rf_raddr2);
|
||||
assign data_is_rf_wdata = ms_reg_we && (ms_dest != 5'b0) && (ms_dest == es_rf_raddr2) && es_mem_we;
|
||||
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
@@ -14,7 +14,10 @@ module id_stage(
|
||||
output ds_to_es_valid,
|
||||
output [`DS_TO_ES_BUS_WD -1:0] ds_to_es_bus ,
|
||||
//to fs
|
||||
input [`WS_TO_RF_BUS_WD -1:0] ws_to_rf_bus
|
||||
input [`WS_TO_RF_BUS_WD -1:0] ws_to_rf_bus ,
|
||||
//to fw
|
||||
output [`DS_TO_FW_BUS_WD -1:0] ds_to_fw_bus
|
||||
|
||||
);
|
||||
|
||||
reg ds_valid ;
|
||||
@@ -127,6 +130,7 @@ module id_stage(
|
||||
ds_pc //31 :0
|
||||
};
|
||||
|
||||
assign ds_to_fw_bus = {rf_raddr1 , rf_raddr2};
|
||||
|
||||
assign ds_ready_go = 1'b1;
|
||||
assign ds_allowin = !ds_valid || ds_ready_go && es_allowin;
|
||||
@@ -211,10 +215,10 @@ module id_stage(
|
||||
|
||||
assign imm = {32{inst_slti | inst_sltui | inst_addiw | inst_ldb | inst_ldh | inst_ldw | inst_stb | inst_sth | inst_stw | inst_ldbu | inst_ldhu}} & {{20{ds_inst[21]}}, ds_inst[21:10]}
|
||||
| {32{inst_beq | inst_bne | inst_bge | inst_bgeu | inst_blt | inst_bltu | inst_jirl}} & {{14{ds_inst[25]}}, ds_inst[25:10], 2'b0}
|
||||
| {32{inst_andi | inst_ori | inst_xori }} & { 20'b0 , ds_inst[21:10]}
|
||||
| {32{inst_lu12iw | inst_pcaddu12i }} & {{12{ds_inst[24]}}, ds_inst[24: 5]}
|
||||
| {32{inst_slliw | inst_srliw | inst_sraiw}} & { 27'b0 , rk}
|
||||
| {32{inst_b | inst_bl}} & {{4{ds_inst[9]}} , ds_inst[9:0], ds_inst[25:10], 2'b0};
|
||||
| {32{inst_andi | inst_ori | inst_xori }} & { 20'b0 , ds_inst[21:10]}
|
||||
| {32{inst_lu12iw | inst_pcaddu12i }} & { ds_inst[24: 5], 12'b0}
|
||||
| {32{inst_slliw | inst_srliw | inst_sraiw}} & { 27'b0 , rk}
|
||||
| {32{inst_b | inst_bl}} & {{4{ds_inst[9]}}, ds_inst[9:0], ds_inst[25:10], 2'b0};
|
||||
|
||||
assign src1_is_pc = inst_bl | inst_jirl | inst_pcaddu12i;
|
||||
assign src2_is_4 = inst_bl | inst_jirl;
|
||||
|
||||
@@ -1,21 +1,25 @@
|
||||
`include "mycpu.v"
|
||||
|
||||
module mem_stage(
|
||||
input clk ,
|
||||
input reset ,
|
||||
input clk ,
|
||||
input reset ,
|
||||
//allowin
|
||||
input ws_allowin ,
|
||||
output ms_allowin ,
|
||||
input ws_allowin ,
|
||||
output ms_allowin ,
|
||||
//from es
|
||||
input es_to_ms_valid,
|
||||
input [`ES_TO_MS_BUS_WD -1:0] es_to_ms_bus ,
|
||||
input es_to_ms_valid ,
|
||||
input [`ES_TO_MS_BUS_WD -1:0] es_to_ms_bus ,
|
||||
//to ws
|
||||
output ms_to_ws_valid,
|
||||
output [`MS_TO_WS_BUS_WD -1:0] ms_to_ws_bus ,
|
||||
output ms_to_ws_valid ,
|
||||
output [`MS_TO_WS_BUS_WD -1:0] ms_to_ws_bus ,
|
||||
//to fs
|
||||
output [`BR_BUS_WD -1:0] br_bus ,
|
||||
output [`BR_BUS_WD -1:0] br_bus ,
|
||||
//from data-sram
|
||||
input [31 :0] data_sram_rdata
|
||||
input [31 :0] data_sram_rdata,
|
||||
//to fw
|
||||
output [`MS_TO_FW_BUS_WD -1:0] ms_to_fw_bus ,
|
||||
//to es
|
||||
output [`MS_TO_ES_BUS_WD -1:0] ms_to_es_bus
|
||||
);
|
||||
|
||||
reg ms_valid;
|
||||
@@ -63,6 +67,10 @@ module mem_stage(
|
||||
ms_pc //31:0
|
||||
};
|
||||
|
||||
assign ms_to_fw_bus = {ms_dest, ms_reg_we};
|
||||
|
||||
assign ms_to_es_bus = {ms_alu_result};
|
||||
|
||||
assign ms_ready_go = 1'b1;
|
||||
assign ms_allowin = !ms_valid || ms_ready_go && ws_allowin;
|
||||
assign ms_to_ws_valid = ms_valid && ms_ready_go;
|
||||
|
||||
@@ -1,5 +1,5 @@
|
||||
`ifndef MYCPU_H
|
||||
`define MYCPU_H
|
||||
`ifndef MYCPU_VH
|
||||
`define MYCPU_VH
|
||||
|
||||
`define BR_BUS_WD 33
|
||||
`define FS_TO_DS_BUS_WD 64
|
||||
@@ -7,4 +7,12 @@
|
||||
`define ES_TO_MS_BUS_WD 121
|
||||
`define MS_TO_WS_BUS_WD 70
|
||||
`define WS_TO_RF_BUS_WD 38
|
||||
|
||||
`define DS_TO_FW_BUS_WD 10
|
||||
`define ES_TO_FW_BUS_WD 12
|
||||
`define MS_TO_FW_BUS_WD 6
|
||||
`define FW_TO_ES_BUS_WD 5
|
||||
|
||||
`define MS_TO_ES_BUS_WD 32
|
||||
`define WS_TO_ES_BUS_WD 32
|
||||
`endif
|
||||
|
||||
@@ -19,9 +19,13 @@ module regfile(
|
||||
end
|
||||
|
||||
//READ OUT 1
|
||||
assign rdata1 = (raddr1==5'b0) ? 32'b0 : rf[raddr1];
|
||||
assign rdata1 = (raddr1==5'b0 ) ? 32'b0 :
|
||||
(raddr1==waddr) ? wdata :
|
||||
rf[raddr1];
|
||||
|
||||
//READ OUT 2
|
||||
assign rdata2 = (raddr2==5'b0) ? 32'b0 : rf[raddr2];
|
||||
assign rdata2 = (raddr2==5'b0 ) ? 32'b0 :
|
||||
(raddr2==waddr) ? wdata :
|
||||
rf[raddr2];
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
@@ -10,6 +10,8 @@ module wb_stage(
|
||||
input [`MS_TO_WS_BUS_WD -1:0] ms_to_ws_bus ,
|
||||
//to rf: for write back
|
||||
output [`WS_TO_RF_BUS_WD -1:0] ws_to_rf_bus ,
|
||||
//to es
|
||||
output [`WS_TO_ES_BUS_WD -1:0] ws_to_es_bus ,
|
||||
//trace debug interface
|
||||
output [31:0] debug_wb_pc ,
|
||||
output [ 3:0] debug_wb_rf_wen ,
|
||||
@@ -39,6 +41,8 @@ module wb_stage(
|
||||
rf_wdata //31:0
|
||||
};
|
||||
|
||||
assign ws_to_es_bus = {rf_wdata};
|
||||
|
||||
assign ws_ready_go = 1'b1;
|
||||
assign ws_allowin = !ws_valid || ws_ready_go;
|
||||
always @(posedge clk) begin
|
||||
|
||||
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