RISC CPU對轉移指令的處理及仿真分析

2.3.2　BTC存儲

當轉移指令第一次執行時，BTC在當前時鐘啟動存儲任務，把該指令執行的信息寫入對應的單元中，對于BCC指令，確定2BC的初始狀態。同時也把該行的VI置為有效。BTC采用隨機替換策略確定數據入口：在復位或Cache清零之后，按順序填充Cache，如果BTC寫滿，則隨機選通一行進行替換。

2.3.3　BTC命中

在取指周期開始時如果發現當前取指地址包含在BTC的TAG中，并且對應行的VI也有效，則認為BTC命中，從而啟動命中任務：讀出命中行的數據，把DI送到指令總線，如果是CALL指令，轉移目標地址作為下一條指令的地址；如果是BCC 指令則需要判斷跳轉是否發生：當標志位有效時，根據條件碼與標志位判斷，否則根據HI進行預測，然后確定下一條指令的地址：跳轉時為轉移目標地址，不跳轉為PC+2。對于帶Ａ參數的BCC指令，在跳轉不執行時，要禁止DI在下一時鐘進入譯碼級。BTC命中的流程如圖3。

2.3.4　BTC檢查

如果前一周期BTC命中，則在當前周期開始時啟動BTC檢查任務；如果前一周期BTC是根據HI預測BCC的跳轉，那么在當前時鐘標志位有效后，要重新判斷跳轉決定是否正確，如果不正確就要進行更正，給出正確的取指地址，請求在下一時鐘禁止譯碼級或執行級。同時還要根據最終的跳轉情況和HI的更新算法更新HI。BTC檢查的流程圖如圖4。

3 結論

整個RISC CPU用Verilog HDL語言進行了描述，并針對標準程序進行了仿真，仿真結果表明，采用上述方法處理轉移指令可以明顯提高流水線的吞吐率。由于在轉移指令后面插入了延時槽指令，轉移指令的執行與程序順序執行時完全相同； BTC的使用雖然在硬件上增加了一些開銷，但使轉移指令再次執行時基本不占用流水線資源，大大提高了CPU的效率