risc-v-cpu/pipelined-cpu/srcs/rtl/cpu21_riscv_branch_unit.v

`timescale 1ns / 1ps
`default_nettype none

// -----------------------------------------------------------------------------
// EX 级控制流裁决单元。
//
// 条件分支的实际方向与目标都在 EX 级解析；JAL/JALR 的目标也只在 EX 级
// 得到，因此它们总是需要重定向。条件分支仅在预测方向/目标与实际不符时
// 才重定向，这样预测正确时不会产生气泡。
// -----------------------------------------------------------------------------
module cpu21_riscv_branch_unit (
    input  wire        valid_i,
    input  wire [31:0] pc_i,
    input  wire [31:0] imm_i,
    input  wire [31:0] src1_i,
    input  wire [31:0] src2_i,
    input  wire        branch_i,
    input  wire        beq_i,
    input  wire        bne_i,
    input  wire        blt_i,
    input  wire        bge_i,
    input  wire        bltu_i,
    input  wire        bgeu_i,
    input  wire        jal_i,
    input  wire        jalr_i,
    // IF 级携带过来的预测信息
    input  wire        pred_taken_i,
    input  wire [31:0] pred_target_i,
    // 裁决结果
    output wire        branch_taken_o,
    output wire        controlflow_o,
    output wire [31:0] target_o,
    output wire        redirect_valid_o,
    output wire [31:0] redirect_pc_o
);
  // 比较结果预先算好，避免表达式过长被自动换行拆散。
  wire lt_signed = $signed(src1_i) < $signed(src2_i);
  wire ge_signed = $signed(src1_i) >= $signed(src2_i);
  wire lt_unsigned = src1_i < src2_i;
  wire ge_unsigned = src1_i >= src2_i;

  // 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。
  assign branch_taken_o = branch_i &&
                            ((beq_i  && (src1_i == src2_i)) ||
                             (bne_i  && (src1_i != src2_i)) ||
                             (blt_i  && lt_signed) ||
                             (bge_i  && ge_signed) ||
                             (bltu_i && lt_unsigned) ||
                             (bgeu_i && ge_unsigned));

  // 跳转目标：jalr 为 (rs1+imm) 且最低位清零；jal 为 PC+imm。
  assign target_o = jalr_i ? ((src1_i + imm_i) & 32'hffff_fffe) : (pc_i + imm_i);

  // EX 级存在需要裁决的控制流指令。
  assign controlflow_o = valid_i && (branch_i || jal_i || jalr_i);

  // 条件分支的预测方向/目标与实际不符，或 JAL/JALR 必须重定向。
  assign redirect_valid_o = controlflow_o &&
                              (branch_i ?
                               ((pred_taken_i != branch_taken_o) ||
                                (pred_taken_i && branch_taken_o &&
                                 (pred_target_i != target_o))) : 1'b1);

  // 预测了跳转但实际不跳转时，回到顺序地址继续取指。
  assign redirect_pc_o = (branch_i && !branch_taken_o) ? (pc_i + 32'd4) : target_o;
endmodule

`default_nettype wire