Міністерство освіти і науки України Національний університет “Львівська політехніка” / Звіт До Лабораторної роботи №5 З дисципліни: «Комп'ютерні системи» на тему: «Дослідження програмної моделі RISC CPU» Мета роботи: 1. Навчитися здійснювати оцінку структури об’єкта (RISC CPU) на існуючій програмній моделі . 2. Навчитись встановлювати структуру інтерфейсів об’єкта . Хід роботи Перелік і призначення блоків risc cpu: FETCH (вибірка) - відповідає за вибірку та читання команд з памяті. А також він обробляє джампи(переходи) та переривання. DECODE– вибирає з команди операнди. EXEC – блок в якому виконуються операції з цілими числами. FLOATING – виконуються операції з числами з плаваючою комою. MMX – виконуються mmx операції. BIOS – реалізує bios. PAGING – сторінковий блок. ICACHE – кеш для інструкцій. DCACHE – кеш для даних. PIC – модуль переривань. Вхідні і вихідні інтерфейси для кожного блоку: FETCH_BLOCK: sc_in<unsigned > ramdata; // instruction from RAM sc_in<unsigned > branch_address; // branch target address sc_in<bool> next_pc; // pc ++ sc_in<bool> branch_valid; // branch_valid sc_in<bool> stall_fetch; // STALL_FETCH sc_in<bool> interrupt; // interrrupt sc_in<unsigned> int_vectno; // interrupt vector number sc_in<bool> bios_valid; // BIOS input valid sc_in<bool> icache_valid; // Icache input valid sc_in<bool> pred_fetch; // branch prediction fetch sc_in<unsigned > pred_branch_address; // branch target address sc_in<bool> pred_branch_valid; // branch prediction fetch sc_out<bool> ram_cs; // RAM chip select sc_out<bool> ram_we; // RAM write enable for SMC sc_out<unsigned > address; // address send to RAM sc_out<unsigned > smc_instruction; // for self-modifying code sc_out<unsigned> instruction; // instruction send to ID sc_out<bool> instruction_valid; // inst valid sc_out<unsigned > program_counter; // program counter sc_out<bool> interrupt_ack; // interrupt acknowledge sc_out<bool> branch_clear; // clear outstanding branch sc_out<bool> pred_fetch_valid; // branch prediction fetch sc_out<bool> reset; // reset sc_in_clk CLK; DECODE_BLOCK: sc_in<bool> resetin; // input reset sc_in<unsigned> instruction; // fetched instruction sc_in<unsigned> pred_instruction; // fetched instruction sc_in<bool> instruction_valid; // input valid sc_in<bool> pred_inst_valid; // input valid sc_in<bool> destreg_write; // register write enable sc_in<unsigned> destreg_write_src; // which register to write? sc_in<signed> alu_dataout; // data from ALU sc_in<signed> dram_dataout; // data from Dcache sc_in<bool> dram_rd_valid; // Dcache read data valid sc_in<unsigned> dram_write_src; // Dcache data write to which reg sc_in<signed> fpu_dout; // data from FPU sc_in<bool> fpu_valid; // FPU data valid sc_in<unsigned> fpu_destout; // write to which register sc_in<bool> clear_branch; // clear outstanding branch sc_in<bool> display_done; // display to monitor done sc_in<unsigned > pc; // program counter from IFU sc_in<bool> pred_on; // branch prediction is on sc_out<unsigned > br_instruction_address; // branch invoke instruction sc_out<bool> next_pc; // next pc ++ ? sc_out<bool> branch_valid; // branch valid signal sc_out<unsigned > branch_target_address; // branch target address sc_out<bool> mem_access; // memory access valid sc_out<unsigned > mem_address; // memory physical address sc_out<int> alu_op; // ALU/FPU/MMU Opcode sc_out<bool> mem_write; // memory write enable sc_out<unsigned> alu_src; // destination register number sc_out<bool> reg_write; // not implemented sc_out<signed int> src_A; // operand A sc_out<signed int> src_B; // operand B sc_out<bool> forward_A; // data forwarding to operand A sc_out<bool> forward_B; // data forwarding to operand B sc_out<bool> stall_fetch; // stall fetch due to branch sc_out<bool> decode_valid; // decoder output valid sc_out<bool> float_valid; // enable FPU sc_out<bool> mmx_valid; // enable MMU sc_out<bool> pid_valid; // load process ID sc_out<signed> pid_data; // process ID value sc_in_clk CLK; EXEC_BLOCK: sc_in<bool> reset; // reset not used. sc_in<bool> in_valid; // input valid sc_in<int> opcode; // opcode from ID sc_in<bool> negate; // not implemented sc_in<int> add1; // not implemented sc_in<bool> shift_sel; // not implemented sc_in<signed int> dina; // operand A sc_in<signed int> dinb; // operand B sc_in<bool> forward_A; // data forwarding A valid sc_in<bool> forward_B; // data forwarding B valid sc_in<unsigned> dest; // destination register number sc_out<bool> C; // Carry bit sc_out<bool> V; // Overflow bit sc_out<bool> Z; // Zero bit sc_out<signed int> dout; // output data sc_out<bool> out_valid; // output valid sc_out<unsigned> destout; // write to which registers? sc_in_clk CLK; FLOAT_BLOCK: sc_in<bool> in_valid; // input valid bit sc_in<int> opcode; // opcode sc_in<signed int> floata; // operand A sc_in<signed int> floatb; // operand B sc_in<unsigned> dest; // write to which register sc_out<signed int> fdout; // FPU output sc_out<bool> fout_valid; // output valid sc_out<unsigned> fdestout; // write to which register sc_in_clk CLK; MMX_BLOCK: sc_in<bool> mmx_valid; // MMX unit enable sc_in<int> opcode; // opcode sc_in<signed int> mmxa; // operand A sc_in<signed int> mmxb; // operand B sc_in<unsigned> dest; // Destination register number sc_out<signed int> mmxdout; // MMX output sc_out<bool> mmxout_valid; // MMX output valid sc_out<unsigned> mmxdestout; // destination number sc_in_clk CLK; BIOS_BLOCK: sc_in<unsigned > datain; // modified instruction sc_in<bool> cs; // chip select sc_in<bool> we; // write enable for SMC sc_in<unsigned > addr; // physical address sc_out<unsigned > dataout; // ram data out sc_out<bool> bios_valid; // out valid sc_out<bool> stall_fetch; // stall fetch if output not valid sc_in_clk CLK; PAGING_BLOCK: sc_in<unsigned > paging_din; // input data sc_in<bool> paging_csin; // chip select sc_in<bool> paging_wein; // write enable sc_in<unsigned > logical_address; // logical address sc_in<unsigned > icache_din; // data from BIOS/icache sc_in<bool> icache_validin; // data valid bit sc_in<bool> icache_stall; // stall IFU if busy sc_out<unsigned > paging_dout; // output data sc_out<bool> paging_csout; // output cs to cache/BIOS sc_out<bool> paging_weout; // write enable to cache/BIOS sc_out<unsigned > physical_address; // physical address sc_out<unsigned > dataout; // dataout from memory sc_out<bool> data_valid; // data valid sc_out<bool> stall_ifu; // stall IFU if busy sc_in_clk CLK; ICACHE_BLOCK: sc_in<unsigned > datain; // modified instruction sc_in<bool> cs; // chip select sc_in<bool> we; // write enable for SMC sc_in<unsigned > addr; // address sc_in<bool> ld_valid; // load valid sc_in<signed> ld_data; // load data value sc_out<unsigned > dataout; // ram data out sc_out<bool> icache_valid; // output valid sc_out<bool> stall_fetch; // stall fetch if busy sc_in_clk CLK; DCACHE_BLOCK: sc_in<signed> datain; // input data sc_in<unsigned> statein; // input state bit MESI(=3210) sc_in<bool> cs; // chip select sc_in<bool> we; // write enable sc_in<unsigned > addr; // address sc_in<unsigned> dest; // write back to which register sc_out<unsigned> destout; // write back to which register sc_out<signed> dataout; // dataram data out sc_out<bool> out_valid; // output valid sc_out<unsigned> stateout; // state output sc_in_clk CLK; PIC_BLOCK: sc_in<bool> ireq0; // interrupt request 0 sc_in<bool> ireq1; // interrupt request 1 sc_in<bool> ireq2; // interrupt request 2 sc_in<bool> ireq3; // interrupt request 3 sc_in<bool> cs; // chip select sc_in<bool> rd_wr; // read or write sc_in<bool> intack_cpu; // interrupt acknowledge from CPU sc_out<bool> intreq; // interrupt request to CPU sc_out<bool> intack; // interrupt acknowledge to devices sc_out<unsigned> vectno; // vector number Блок-схема RISC CPU:
Рис.1. Блок-схема RISC CPU