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* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 确定数据通路—解决数据相关 根据前一个内容要点中的分析，定向技术的具体实施条件如下： 相邻指令数据相关：将ALU的输出信号ALUout反馈到ALU的输入端 相隔1条指令数据相关：将MEM段的输出信号反馈回ALU的输入端 相隔2条指令数据相关：若采用在下降沿执行WB的话，此时的数据相关不会发生 因此，定向技术的实施方法如下： 判断是否需要定向技术 若需要，选择合适的信号输入到ALU中 确定数据通路—解决数据相关 这可以引入一个定向判断处理模块来实现 输入信号：m_wRegEn、m_SA、 w_wRegEn、w_SA、e_SA、e_SB 输出信号：指示哪个信号应该进入ALU 结合前面的分析ALU有两个输入端SA和SB。在引入了定向技术后，每个输入端都有三个信号源：来自于ID段寄存器的输出、ALU输出端的反馈信号、MEM段输出端的反馈信号 确定数据通路—解决数据相关 因此，定向判读处理模块需要输出2个控制信号，分别控制ALU的输入端SA和SB，且每个控制信号可用2个比特表示。 因此，解决数据相关的第二个修改点：添加定向判断和处理模块 由前所述，在EX段才能察觉是否需要定向技术，因此该模块可以放在EX段中。 将这两个修改点反映到数据通路中，可得到进一步修改的数据通路，如下所示。 确定数据通路—解决控制相关 如前一内容要点的分析，解决控制相关是提前获取转移目标，然后用旁路技术反馈回IF段。 产生控制相关的有两类转移 1. 绝对跳转，如JR指令 2. 条件跳转，如JRC、JRNZ等 1. 绝对跳转 当在ID段完成译码时，已经可以获得跳转偏移量 因此，为减少取指延后，可以考虑在ID段直接产生目标指令的地址，如PC+offset即可得到 确定数据通路—解决控制相关 2. 条件跳转 跳转的目标地址可以在ID段计算，所需的条件要在EX段完成ALU运算后才能获取 解决方法： ID段产生setFlag信号 EX段经ALU产生tFlag和Flag信号 将这些信号反馈回IF段，并在下降沿更新PC 综上，需要作如下两个修改： 1. 在ID段添加加法器，用于实现PC与offset相加 2. 将EX产生的标志位反馈到IF段以更新PC 确定数据通路—解决控制相关 数据通路修改方法： 由上可知，在IF段PC的更新有两个来源，一是顺序执行的PC（即上一PC增1），一是跳转目标。为此，在IF段需要增加完成PC+1的部件，并且需要二选一复用器 在ID段增加PC与offset相加的加法器，并产生setFlag信号传到EX段。同时，跳转指令才需要判断是否跳转以及跳转目标如何，因此需要将OP码也回传到IF段 在EX段，需要将setFlag、tFlag、Flag信号传到IF段 确定数据通路—其它修改 当插入NOP时，如在load指令后，或者存在访问内存冲突时，PC值需要保持。因此，需要在冲突检测模块中，再产生一个输出，以控制PC的更新或保持 此外，在WB段写寄存器时，需要相应的寄存器使能控制信号w_wRegEn。选择ALUout还是MemOut写到寄存器，需要控制信号w_MemToReg。 ID段需要对IF段得到的指令进行译码，需要把译码得到的ALU功能选择、源寄存器、目的寄存器号等传给EX段 把上述的修改进一步反映到数据通路中，即得到相对完整的数据通路。 确定数据通路—系统总线 系统总线连接CPU与内存，在该总线上传递内存地址、数据和读/写控制信号 内存地址可以是指令地址，也可以是数据的地址。前者由PC给出，后者由ALUout给出。因此，需要一个复用器来复用这两种信号，并用内存读/写信号进行控制。如若MEM段的m_wrMem指示为读/写内存，则表示应该是ALUout表征的数据地址，否则为PC表征的指令地址。 读/写控制信号直接由m_wrMem给出 确定数据通路—系统总线 数据包括读和写的数据。若考虑读和写的数据分开，记读出来的数据为OutDB，写的数据位WriteData。 为避免误写，在m_wrMem指示内存读时，写的数据置成高阻态“zzzz”；指示内存写时，则直接用MEM的待写数据m_RBData。因此，需要额外的一个复用器来复用这两种写数据，并用m_wrMem进行控制 综上，数据通路再修改如下。 分析控制信号 控制信号指ID流水段产生的、用于逐级传递至或者控制各相关流水段的控制信号 分析方法： 可以逐个流水段进行分析，然后确定哪些控制信号需要由ID段产生，哪些则不需要 有些虽然不属于控制信号，但需要往前面的流水级传递的信号，也需要列出来 将需要ID段产生的信号汇集起来，就构成了译码器需要产生的信号 分析控制信号——IF段 IF段对PC的更新需