RISC-Vソースコード読書会(6) #FPGA

`<ID>`

ここからIDステージ(<ID>)。<IF>でフェッチした命令に従い命令デコードをするほか、タグ生成を実行する。

Tag Generator

ソースはsrc/fpga/tag_generator.v。何のタグかというと、分岐投機実行タグである。"Modern Processor Design"の229ページから231ページにかけて、分岐の投機実行について書かれている。分岐予測の2つの側面があり、ひとつは分岐の投機実行と、他のひとつは分岐の妥当性検証及び修復である。分岐の投機実行は仮実行という印をタグに登録しておき、後で分岐予測の妥当性検証を実行する。その際に予測がはずれていれば、タグにより分岐を無効化する必要がある。これが修復と呼ばれるプロセスになる。

`include "constants.vh"
`default_nettype none
module tag_generator(
             input wire             clk,
             input wire             reset,
             input wire             branchvalid1,
             input wire             branchvalid2,
             input wire             prmiss,
             input wire             prsuccess,
             input wire             enable,
             input wire [`SPECTAG_LEN-1:0]  tagregfix,
             output wire [`SPECTAG_LEN-1:0] sptag1,
             output wire [`SPECTAG_LEN-1:0] sptag2,
             output wire            speculative1,
             output wire            speculative2,
             output wire            attachable,
             output reg [`SPECTAG_LEN-1:0]  tagreg
             );

//   reg [`SPECTAG_LEN-1:0]                tagreg;
   reg [`BRDEPTH_LEN-1:0]              brdepth;

   assign sptag1 = (branchvalid1) ? 
           {tagreg[`SPECTAG_LEN-2:0], tagreg[`SPECTAG_LEN-1]}
           : tagreg;

inst1が有効な分岐命令であることを示すbranchvalid1がtrueのとき、5bitの分岐投機タグtagregを左へ1ビットローテートし、sptag1とする。

   assign sptag2 = (branchvalid2) ? 
           {sptag1[`SPECTAG_LEN-2:0], sptag1[`SPECTAG_LEN-1]}
           : sptag1;

inst2が有効な分岐命令であることを示すbranchvalid2がtrueのとき、5bitの分岐投機タグsptag1を左へ1ビットローテートし、sptag2とする。

   assign speculative1 = (brdepth != 0) ? 1'b1 : 1'b0;

brdepth(投機分岐の深さ)が0で無い場合は、inst1が投機命令であることを示すspeculative1をtrueとする。

   assign speculative2 = ((brdepth != 0) || branchvalid1) ? 1'b1 : 1'b0;

brdepth(投機分岐の深さ)が0で無いかまたはinst1が有効な分岐命令の場合は、inst2が投機命令であることを示すspeculative1をtrueとする。

   assign attachable = (brdepth + branchvalid1 + branchvalid2) 
     > (`BRANCH_ENT_NUM + prsuccess) ? 1'b0 : 1'b1;

brdepth(投機分岐の深さ)と命令1及び命令2が分岐命令の場合の数を加えた数が、エントリ数を超えている場合は、
タグの割り当て可能を示す信号attachableをfalseとする。

   always @ (posedge clk) begin
      if (reset) begin
     tagreg <= `SPECTAG_LEN'b1;
     brdepth <= `BRDEPTH_LEN'b0;
      end else begin
     tagreg <= prmiss ? tagregfix :
           ~enable ? tagreg : 
           sptag2;
     brdepth <= prmiss ? `BRDEPTH_LEN'b0 :
            ~enable ? brdepth - prsuccess :
            brdepth + branchvalid1 + branchvalid2 - prsuccess;
      end
   end

endmodule // tag_generator
`default_nettype wire

クロック毎にtagregとbrdepthを更新する。更新のしかたは、tagregは、予測ミスの場合はtagregの修復値をロードし、そうでない場合は、イネーブルでない場合はtagregを、イネーブルの場合はsptag2をロードする。
分岐深さは、予測ミスの場合はゼロをロードし、そうでない場合は、イネーブルでない場合は分岐深さを
イネーブルの場合は分岐深さにbranchvalid1及びbranchvalid2を加えたものをロードする。