ISA 扩展:sltiu、bge/bgeu、mulh/mulhsu/mulhu(并回归 xor/sll/srl/sra/bltu/mul)
cpu21_riscv_alu.v
- 新增 ALU_MULH(4'd13)、ALU_MULHSU(4'd14):用 64 位有符号乘积
mult_ss = $signed(a)*$signed(b)、mult_su = $signed(a)*$signed({32'b0,b})
取高 32 位;mulhu 复用 ALU_MUL 的 result2(无符号乘积高 32 位),
与课程约定的 remu 共用 wb_sel=3 通道,因此 ALU 操作码仍为 4 位。
cpu21_riscv_decoder.v
- OP_I 新增 funct3=011 -> sltiu(立即数符号扩展后无符号比较);
- OP_R 的 funct7=0000001 分支改为完整 M 扩展译码:
000=mul、001=mulh、010=mulhsu、011=mulhu,并保留 111=remu(wb_sel=3);
- OP_BRANCH 新增 funct3=101(bge)、111(bgeu),新增 bge_o/bgeu_o 输出,
ALU_OP 仍按比较类型给出 SLT/SLTU/SUB。
cpu21_riscv_branch_unit.v
- 新增 bge_i、bgeu_i;把四种比较预计算成短 wire(有符号 <、>= 与无符号 <、>=)
再组合出 branch_taken,顺带修掉之前被自动换行拆散的 $signed 表达式。
cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v
- 新增 d_bge/d_bgeu 连线与 idex_bge_q/idex_bgeu_q 流水寄存器(含复位与捕获);
- IF 级 f_is_branch 纳入 funct3=101/111,使 bge/bgeu 也参与 BPB 预测。
说明文档
- 功能列表与编码表补充 sltiu、bge/bgeu 与 M 扩展乘法。
验证(xsim + tb_no_intr;测试程序由临时小汇编器生成,共 24 项 LED 输出逐项比对)
- sltiu:1 <u 0xffffffff = 00000001;0xffffffff <u 1 = 00000000
- xor:0xff ^ 0xffffffff = ffffff00
- sll:1 << 31 = 80000000;srl:0xffffffff >> 28 = 0000000f;sra:同左 = ffffffff
- mul:1234*567 = 000aad1e;mulh:(-1)*(-1) 高 = 00000000
mulhu:0xffffffff^2 高 = fffffffe;mulhsu:(-1)*2 高 = ffffffff
- bltu:0 <u 0xffffffff 成立(取跳转分支);bge:(-1) >= 0 不成立(走 fall-through);
bgeu:0xffffffff >=u 0 成立
- bge / bgeu / bltu 三个循环计数正确(fffffffd..00000000 / 3..1 / 4..1),最后 halt 停机
(143 周期,halted=1)
- 回归:中断测试程序 6003 周期统计与改动前逐项一致
(stalls=11 bubbles=297 cond_taken=648 pred_ok=663 pred_fail=102,
IRQ1@cyc85、IRQ2@cyc266、IRQ3@cyc447);
benchmark 的 BLT 段落仍连续输出 fffffff1..ffffffff,
60000 周期统计与改动前完全一致(stalls=3195 bubbles=6955 cond_taken=8857
pred_ok=9455 pred_fail=1050)。
This commit is contained in:
@@ -18,7 +18,9 @@ module cpu21_riscv_branch_unit (
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input wire beq_i,
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input wire bne_i,
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input wire blt_i,
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input wire bge_i,
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input wire bltu_i,
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input wire bgeu_i,
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input wire jal_i,
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input wire jalr_i,
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// IF 级携带过来的预测信息
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@@ -31,15 +33,20 @@ module cpu21_riscv_branch_unit (
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output wire redirect_valid_o,
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output wire [31:0] redirect_pc_o
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);
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// 条件分支裁决:beq 相等、bne 不等、blt 有符号小于、bltu 无符号小于。
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// 比较结果预先算好,避免表达式过长被自动换行拆散。
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wire lt_signed = $signed(src1_i) < $signed(src2_i);
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wire ge_signed = $signed(src1_i) >= $signed(src2_i);
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wire lt_unsigned = src1_i < src2_i;
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wire ge_unsigned = src1_i >= src2_i;
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// 条件分支裁决:beq 相等、bne 不等、blt/bge 有符号比较、bltu/bgeu 无符号比较。
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assign branch_taken_o = branch_i &&
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((beq_i && (src1_i == src2_i)) ||
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(bne_i && (src1_i != src2_i)) ||
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(blt_i && ($signed(
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src1_i
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) < $signed(
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src2_i
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))) || (bltu_i && (src1_i < src2_i)));
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(blt_i && lt_signed) ||
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(bge_i && ge_signed) ||
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(bltu_i && lt_unsigned) ||
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(bgeu_i && ge_unsigned));
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// 跳转目标:jalr 为 (rs1+imm) 且最低位清零;jal 为 PC+imm。
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assign target_o = jalr_i ? ((src1_i + imm_i) & 32'hffff_fffe) : (pc_i + imm_i);
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