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
+46
View File
@@ -0,0 +1,46 @@
`timescale 1ns / 1ps
`default_nettype none
// -----------------------------------------------------------------------------
// 寄存器堆:32 x 32 位,x0 恒为 0。
//
// 读端口为组合读,并对同周期的 WB 写回做"写优先"旁路,因此 ID 级可以
// 立刻看到正在写回的结果,无需额外的寄存器堆相关冒险处理。
// -----------------------------------------------------------------------------
module cpu21_riscv_regfile (
input wire clk,
input wire reset,
// 读端口(组合)
input wire [ 4:0] rs1_idx_i,
input wire [ 4:0] rs2_idx_i,
output wire [31:0] rs1_data_o,
output wire [31:0] rs2_data_o,
// 写端口(WB 级)
input wire we_i,
input wire [ 4:0] waddr_i,
input wire [31:0] wdata_i
);
reg [31:0] regs[0:31];
integer i;
// 写优先旁路:同周期写回且地址相同的读请求返回新值。
wire [31:0] rs1_raw = regs[rs1_idx_i];
wire [31:0] rs2_raw = regs[rs2_idx_i];
assign rs1_data_o = (rs1_idx_i == 5'd0) ? 32'b0 :
((we_i && (waddr_i == rs1_idx_i)) ? wdata_i : rs1_raw);
assign rs2_data_o = (rs2_idx_i == 5'd0) ? 32'b0 :
((we_i && (waddr_i == rs2_idx_i)) ? wdata_i : rs2_raw);
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin
for (i = 0; i < 32; i = i + 1) regs[i] <= 32'b0;
end else begin
if (we_i && (waddr_i != 5'd0)) regs[waddr_i] <= wdata_i;
regs[0] <= 32'b0;
end
end
endmodule
`default_nettype wire