重构:按功能拆分流水线模块、修复 BLT 指令、注释中文化

1) 模块拆分(便于单独仿真调试)
   把原来单文件的三模块结构按功能拆成 10 个独立文件,顶层只保留五级流水
   寄存器、子模块例化、PC/IF-ID/ID-EX 控制优先级与对外输出:
     cpu21_riscv_alu.v            组合 ALU(result2 用于 MUL 高位/余数)
     cpu21_bpb_8.v                8 项全相联分支目标缓冲
     cpu21_riscv_decoder.v        ID 级组合译码器
     cpu21_riscv_regfile.v        寄存器堆(写优先旁路)
     cpu21_riscv_forward_unit.v   EX 级前递网络
     cpu21_riscv_store_unit.v     EX 级存储数据对齐(sw/sb)
     cpu21_riscv_branch_unit.v    EX 级控制流裁决
     cpu21_riscv_hazard_unit.v    load-use 冒险与停顿/冲刷判定
     cpu21_riscv_irq_ctrl.v       中断优先级、ustatus/uepc、嵌套返回栈
     cpu21_riscv_perf_counters.v  性能计数器
   已把上述文件加入 Vivado 工程 sources_1;端口、时序与行为经 xsim 对同一
   ROM 逐周期回归验证,统计量完全一致。

2) 修复 BLT 指令(真值表第 28 行:opcode IR[6:2]=0x18、funct3=100、ALU_OP=SLT)
   此前 funct3=100 未译码,blt 被当作空指令执行,于是
   `blt s1,zero,loop` 的循环只执行一次就顺序落到退出代码并停机
   (现象:只输出第一个值后就不再运行)。
     - cpu21_riscv_decoder.v:新增 blt_o,OP_BRANCH 接受 funct3=100,
       并按真值表给出 ALU_SLT(beq/bne 仍为 SUB,bltu 仍为 SLTU)
     - cpu21_riscv_branch_unit.v:新增 blt_i,用有符号比较
       $signed(src1) < $signed(src2) 裁决
     - cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v:新增 idex_blt_q 流水寄存器,
       IF 级 f_is_branch 纳入 funct3=100,使 blt 也参与 BPB 预测
   验证:blt 小程序正确输出 -3/-2/-1 后停机(cond_taken=2);
   benchmark 第 [4] 段完整输出 fffffff1..ffffffff;
   中断测试程序的中断入口与停留周期与改动前一致。

3) 注释中文化
   - cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v 及全部新增子模块使用中文注释;
   - testbench/tb_cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v 与新增的 tb_no_intr.v
     注释全部译为中文。
   - testbench/tb_no_intr.v:与中断测试平台同框架但不注入 irq 脉冲的对照
     测试平台(修复其 $dumpvars 引用了不存在的模块名,并改用 tb_no_intr.vcd
     避免与另一个 TB 的波形文件互相覆盖)。

4) 其他
   - testbench/tb_cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v 的默认 ROM_FILE 改为
     cpu21_riscv_redirect_int_bpb_rom.hex(中断测试程序);
   - cpu21_riscv_redirect_int_bpb说明.md 增补"文件与模块划分"章节与 BLT 说明;
   - 真值表.txt 移动到 testbench/programs/ 下。
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2026-09-12 18:48:31 +08:00
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15 changed files with 1597 additions and 803 deletions
+60
View File
@@ -0,0 +1,60 @@
`timescale 1ns / 1ps
`default_nettype none
// -----------------------------------------------------------------------------
// ALU:纯组合运算单元。
//
// result 为主结果;result2 为第二结果,用于 MUL 的高 32 位与 DIVU 的余数。
// 除法做了除零保护:b==0 时商为 32'hffff_ffff、余数为被除数。
// -----------------------------------------------------------------------------
module cpu21_riscv_alu (
input wire [ 3:0] op,
input wire [31:0] a,
input wire [31:0] b,
output reg [31:0] result,
output reg [31:0] result2
);
localparam ALU_SLL = 4'd0;
localparam ALU_SRA = 4'd1;
localparam ALU_SRL = 4'd2;
localparam ALU_MUL = 4'd3;
localparam ALU_DIVU = 4'd4;
localparam ALU_ADD = 4'd5;
localparam ALU_SUB = 4'd6;
localparam ALU_AND = 4'd7;
localparam ALU_OR = 4'd8;
localparam ALU_XOR = 4'd9;
localparam ALU_NOR = 4'd10;
localparam ALU_SLT = 4'd11;
localparam ALU_SLTU = 4'd12;
reg [63:0] mult_result;
always @* begin
mult_result = a * b;
result2 = 32'b0;
case (op)
ALU_SLL: result = a << b[4:0];
ALU_SRA: result = $signed(a) >>> b[4:0];
ALU_SRL: result = a >> b[4:0];
ALU_MUL: begin
result = mult_result[31:0];
result2 = mult_result[63:32];
end
ALU_DIVU: begin
result = (b == 32'b0) ? 32'hffff_ffff : a / b;
result2 = (b == 32'b0) ? a : a % b;
end
ALU_ADD: result = a + b;
ALU_SUB: result = a - b;
ALU_AND: result = a & b;
ALU_OR: result = a | b;
ALU_XOR: result = a ^ b;
ALU_NOR: result = ~(a | b);
ALU_SLT: result = ($signed(a) < $signed(b)) ? 32'd1 : 32'd0;
ALU_SLTU: result = (a < b) ? 32'd1 : 32'd0;
default: result = 32'b0;
endcase
end
endmodule
`default_nettype wire