Files
risc-v-cpu/testbench/rom/muldiv_test.hex
T
Anccend 4a81685066 乘除法改为多周期时序单元,CPU 时钟从 6.25 MHz 提到 50 MHz
- 新增 rtl/cpu21_riscv_muldiv.v:移位迭代的多周期乘除法单元。
  * 乘法:32 拍移位加法得到 64 位乘积;有符号变体先取操作数绝对值,迭代结束后
    按符号对 64 位乘积取负。
  * 除法:32 拍恢复余数法得到商与余数;除零按 RISC-V 约定(商全 1、余数为被除数)。
  * 一次乘/除独占 EX 共 34 拍(1 拍装载 + 32 拍迭代 + 1 拍定型):期间 ID/EX 保持、
    EX/MEM 插气泡、取指/译码冻结,并屏蔽中断(避免结果未定型就写回 rd)。
- rtl/cpu21_riscv_alu.v:删除组合的 32x32 乘法与除法/取余(原来关键路径约 94 ns、
  325 级逻辑、286 个 CARRY4,是 100 MHz 无法收敛的根因)。ALU_MUL/ALU_DIVU 现在
  只作为“这是乘除法指令”的标识,结果由顶层从 muldiv 选取(wb_sel=3 取 result2 的
  约定保持不变,译码器与写回选择都不用改)。
- rtl/cpu21_riscv_decoder.v:新增 md_op_o(乘除法操作类型),并补上课程真值表里的
  divu(funct3=101)——之前这一项译码缺失,会导致 divu 不写 rd。
- rtl/cpu21_riscv_redirect_int_bpb.v:ID/EX 增加 md_op;EX 级停留、结果选择与中断
  屏蔽。另外为时序做了三处行为等价的重构(100 MHz 下 WNS 从 -3.54 ns 改善到
  -1.10 ns):
  * JAL/JALR 的链接地址 PC+4 改在 EX 级预先算好并随流水寄存器传递,去掉
    “写回值/前递 → 停机判定 → 流水控制”路径上的两个 32 位加法器;
  * ID/EX 的 payload 时钟使能不再依赖冲刷(只有 valid 位受冲刷控制),把
    “EX 级组合判决 → 流水寄存器时钟使能”这条最长路径缩到只剩 1 位;
  * ex_block_irq 不再包含 ex_redirect_valid / ex_halt_event(它们本身就会让
    flush_younger 有效,中断优先时返回地址由 irq_save_pc 正确给出),切断
    “分支判决 → 中断控制器 → flush”的绕行路径。
- rtl/cpu21_riscv_hazard_unit.v:停顿条件去掉 flush_younger(冲刷由 valid 位与
  PC/IF-ID 的冲刷分支处理,同时发生停顿只会多保持一拍 payload),避免把长路径
  引到 payload 的时钟使能上。
- board/cpu21_board_top.v / .xdc:乘除法已不在关键路径上,分频比从 16 降到 2
  (50 MHz,周期 20 ns)。实测(xc7a100tcsg324-1):CLK_DIV=1(100 MHz)下
  WNS=-1.1 ns,剩余违例路径是 EX 级“分支判决/中断保存 → BPB 更新”,与乘除法无关
  (逻辑只占约 3 ns,其余 ~8 ns 是布线);CLK_DIV=2 时 WNS=+5.109 ns,余量约 25%。
- 上板 ROM 按 50 MHz 重新生成(延时计数 0x7A000 ≈ 20 ms/步,快速版 64 次循环),
  CPU 时钟比改造前快 8 倍。
- tools/rv_asm.py:支持 divu / remu 助记符。新增 testbench/programs/muldiv_test.asm
  与 muldiv_test.expected(13 个用例:mul/mulh/mulhsu/mulhu/divu/remu、负数、
  0xffffffff、除零、0x12345678 大数)。
- 验证:muldiv_test 13/13、isa_test 24/24、lui_test 4/4、mmio_test 5/5 全部 PASS;
  两个基线(5560 / 6003 周期)与改造前的流水统计一致(差异只来自多周期乘除法带来的
  停顿/气泡计数);中断测试仍能正常进入 0x30ac / 0x31e0 / 0x3300 三层嵌套处理程序;
  板级仿真:默认 ROM 首次写入 LED=0001、快速 ROM 跑马灯 0001..8000 循环正常。
- 实现结果:synth_design / route_design / write_bitstream 全部完成,
  LUT 5400 → 3420(5.39%)、DSP 12 → 0、IOB 23,时钟 6.25 MHz → 50 MHz,
  bit 文件已更新。
2026-09-13 18:45:17 +08:00

65 lines
576 B
Plaintext

00700313
00600393
02730533
00001FB7
00AFA023
FFB00313
00400393
02730533
00001FB7
00AFA023
40000337
00400393
02731533
00001FB7
00AFA023
FFF00313
00200393
02733533
00001FB7
00AFA023
FFF00313
FFF00393
02732533
00001FB7
00AFA023
06400313
00700393
02735533
00001FB7
00AFA023
02737533
00001FB7
00AFA023
FFF00313
00200393
02735533
00001FB7
00AFA023
00003337
03930313
00000393
02735533
00001FB7
00AFA023
02737533
00001FB7
00AFA023
FFF00313
01000393
02737533
00001FB7
00AFA023
12345337
67830313
01000393
02730533
00001FB7
00AFA023
000013B7
02731533
00001FB7
00AFA023
00A00893
00000073