HU_CA_实验1--RISC-V指令理解
HU_CA_实验1--RISC-V指令理解
1.安装模拟器Ripes(1)下载(2)配置
2.汇编代码(1)C程序(2)汇编代码()main函数的分析①分配栈空间②第一个循环③第二个循环④退出main另：404的分析
.各部件及主要控制信号(1)HarzardUnit(2)
HU_CA_实验1--RISC-V指令理解
- 1.安装模拟器Ripes
- (1)下载
- (2)配置
- 2.汇编代码
- (1)C程序
- (2)汇编代码
- ()main函数的分析
- ①分配栈空间
- ②第一个循环
- ③第二个循环
- ④退出main
- 另：404的分析
- .各部件及主要控制信号
- (1)HarzardUnit
- (2)ControlUnit
- ()PC_Generator
- (4)RegisterFile
- (5)ImmOperandUnit
- (6)BranchDecision
- (7)ALU
- (8)DataExt
- 4.思考问题
- (1)分析指令add x15, x14, x15
- ①IF
- ②ID
- ③EX
- ④MEM
- ⑤WB
- ⑥数据通路
- (2)分析指令bge x15, x14, -56
- ①IF
- ②ID
- ③EX
- ④MEM
- ⑤WB
- ⑥数据通路
- ()分析指令lw x15, -20 x8
- ①IF
- ②ID
- ③EX
- ④MEM
- ⑤WB
- ⑥数据通路
- (4)分析指令sw x15, -20 x8
- ①IF
- ②ID
- ③EX
- ④MEM
- ⑤WB
- ⑥数据通路
- (5)简述BranchE信号的作用
- 1.预测不跳转，且正确：
- 2.预测不跳转，且错误：
- (6)不同跳转 target 的选择的优先级
- 4.附加思考题
- (1)需要插入气泡（OP指令）的冲突
- ①结构冲突
- ②数据冲突
- (2)flush和stall信号的控制
参考（
A橙： A橙-CA-实验一
韩金轮： 韩金轮-CA-实验一
在本实验的主体部分（4.思考问题），这里主要采用的A橙的用电路图的方式，表示数据通路以及控制信号，以求达到更为形象的目的，故而并未严格详尽地模拟出每条指令码解码出的控制信号，这部分可以移步韩金轮的博客；
1.安装模拟器Ripes
下载途径：韩金轮的网盘老师给的文件：Ripes下载-提取码：0928
解压缩：两个文件夹
文件夹Ripes-v2.2.6-1-g2a0b8-win-x86_64中的即我们需要用到的应用程序；
双击打开上面的后，点击上面的Edit->Settings;
选择Compiler->Compiler path；前面下载解压缩后有两个文件夹，这里就是用的另一个文件riscv64-unknown-elf-gcc-8..0-2020.04.1-x86_64-w64-mingw2中的bin，然后选择riscv64-unknown-elf-g.exe，即配置完成
2.汇编代码
汇编代码其实有用的就是思考问题中问到的“A[i]=A[i-1]1000;对应的汇编代码”，但是把整个汇编代码都过一遍，也是很有帮助的，也算复习一下计算机系统。
需要注意的是：
- 生成汇编代码的指令与之前学的不大一样，但大差不差，不清楚的可以查一下，或者老师发的指导书《指令集补充》；
- 另外，笔者并没有严格模拟出来汇编代码的执行过程，尤其对栈帧指针的操作部分，不过对整体理解影响不大。
void main()
{
int A[100];
int i;
for(i=0;i<100;i)
A[i]=i;
for(i=1;i<100;i)
A[i]=A[i-1]1000;
}
00010074 <register_fini>:
10074: ffff0797 auipc x15 0xffff0
10078: f8c7879 addi x15 x15 -116
1007c: 0007886 beq x15 x0 16
10080: 00000517 auipc x10 0x0
10084: 1945051 addi x10 x10 404
10088: 1440006f jal x0 24 <atexit>
1008c: 00008067 jalr x0 x1 0
00010090 <_start>:
10090: 00002197 auipc x 0x2
10094: d701819 addi x x -656
10098: c41851 addi x10 x -972
1009c: c501861 addi x12 x -944
100a0: 40a606 sub x12 x12 x10
100a4: 0000059 addi x11 x0 0
100a8: 260000ef jal x1 608 <memset>
100ac: 00000517 auipc x10 0x0
100b0: 1685051 addi x10 x10 60
100b4: 118000ef jal x1 280 <atexit>
100b8: 1bc000ef jal x1 444 <__libc_init_array>
100bc: 0001250 lw x10 0 x2
100c0: 0041059 addi x11 x2 4
100c4: 0000061 addi x12 x0 0
100c8: 07c000ef jal x1 124 <main>
100cc: 1140006f jal x0 276 <exit>
000100d0 <__do_global_dtors_aux>:
100d0: c41c78 lbu x15 -972 x
100d4: 0407946 bne x15 x0 72
100d8: ffff0797 auipc x15 0xffff0
100dc: f287879 addi x15 x15 -216
100e0: 0207886 beq x15 x0 48
100e4: ff01011 addi x2 x2 -16
100e8: 00001517 auipc x10 0x1
100ec: 5045051 addi x10 x10 1284
100f0: 0011262 sw x1 12 x2
100f4: 00000097 auipc x1 0x0
100f8: 000000e7 jalr x1 x0 0
100fc: 00c1208 lw x1 12 x2
10100: 0010079 addi x15 x0 1
10104: c2f18a2 sb x15 -972 x
10108: 0101011 addi x2 x2 16
1010c: 00008067 jalr x0 x1 0
10110: 0010079 addi x15 x0 1
10114: c2f18a2 sb x15 -972 x
10118: 00008067 jalr x0 x1 0
1011c: 00008067 jalr x0 x1 0
00010120 <frame_dummy>:
10120: ffff0797 auipc x15 0xffff0
10124: ee07879 addi x15 x15 -288
10128: 00078c6 beq x15 x0 24
1012c: c81859 addi x11 x -968
1010: 00001517 auipc x10 0x1
1014: 4bc5051 addi x10 x10 1212
1018: 0000017 auipc x6 0x0
101c: 00000067 jalr x0 x0 0
10140: 00008067 jalr x0 x1 0
00010144 <main>:
10144: 7161 c.addi16sp -42
10146: 1a81262 sw x8 428 x2
1014a: 1b00 c.addi4spn x8 42
1014c: fe04262 sw x0 -20 x8
10150: a005 c.j 2
10152: fec4278 lw x15 -20 x8
10156: 078a c.slli x15 2
10158: ff04071 addi x14 x8 -16
1015c: 97ba c.add x15 x14
1015e: fec4270 lw x14 -20 x8
10162: e6e7a62 sw x14 -404 x15
10166: fec4278 lw x15 -20 x8
1016a: 0785 c.addi x15 1
1016c: fef4262 sw x15 -20 x8
10170: fec4270 lw x14 -20 x8
10174: 060079 addi x15 x0 99
10178: fce7dde bge x15 x14 -8
1017c: 4785 c.li x15 1
1017e: fef4262 sw x15 -20 x8
10182: a80d c.j 50
10184: fec4278 lw x15 -20 x8
10188: 17fd c.addi x15 -1
1018a: 078a c.slli x15 2
1018c: ff04071 addi x14 x8 -16
10190: 97ba c.add x15 x14
10192: e6c7a78 lw x15 -404 x15
10196: e87871 addi x14 x15 1000
1019a: fec4278 lw x15 -20 x8
1019e: 078a c.slli x15 2
101a0: ff04069 addi x1 x8 -16
101a4: 97b6 c.add x15 x1
101a6: e6e7a62 sw x14 -404 x15
101aa: fec4278 lw x15 -20 x8
101ae: 0785 c.addi x15 1
101b0: fef4262 sw x15 -20 x8
101b4: fec4270 lw x14 -20 x8
101b8: 060079 addi x15 x0 99
101bc: fce7d4e bge x15 x14 -56
101c0: 0001
101c2: 1ac1240 lw x8 428 x2
101c6: 615d c.addi16sp 42
101c8: 8082 c.jr x1
101ca: 0000 c.addi4spn x8 0
000101cc <atexit>:
101cc: 0005059 addi x11 x10 0
101d0: 0000069 addi x1 x0 0
101d4: 0000061 addi x12 x0 0
101d8: 0000051 addi x10 x0 0
101dc: 2080006f jal x0 520 <__register_exitproc>
000101e0 <exit>:
101e0: ff01011 addi x2 x2 -16
101e4: 0000059 addi x11 x0 0
101e8: 0081242 sw x8 8 x2
101ec: 0011262 sw x1 12 x2
101f0: 0005041 addi x8 x10 0
101f4: 28c000ef jal x1 652 <__call_exitprocs>
101f8: c281879 addi x15 x -984
101fc: 0007a50 lw x10 0 x15
10200: 0c5278 lw x15 60 x10
10204: 0007846 beq x15 x0 8
10208: 000780e7 jalr x1 x15 0
1020c: 0004051 addi x10 x8 0
10210: 8c000ef jal x1 908 <_exit>
00010214 <__libc_fini_array>:
10214: ff01011 addi x2 x2 -16
10218: 0081242 sw x8 8 x2
1021c: 00001797 auipc x15 0x1
10220: dc7879 addi x15 x15 988
10224: 00001417 auipc x8 0x1
10228: d84041 addi x8 x8 984
1022c: 40f404 sub x8 x8 x15
1020: 0011262 sw x1 12 x2
1024: 0091222 sw x9 4 x2
1028: 4024541 srai x8 x8 2
102c: 0204026 beq x8 x0 6
10240: 0024149 slli x9 x8 2
10244: ffc4849 addi x9 x9 -4
10248: 00f484b add x9 x9 x15
1024c: 0004a78 lw x15 0 x9
10250: fff4041 addi x8 x8 -1
10254: ffc4849 addi x9 x9 -4
10258: 000780e7 jalr x1 x15 0
1025c: fe0418e bne x8 x0 -16
10260: 00c1208 lw x1 12 x2
10264: 0081240 lw x8 8 x2
10268: 0041248 lw x9 4 x2
1026c: 0101011 addi x2 x2 16
10270: 00008067 jalr x0 x1 0
00010274 <__libc_init_array>:
10274: ff01011 addi x2 x2 -16
10278: 0081242 sw x8 8 x2
1027c: 0121202 sw x18 0 x2
10280: 00001417 auipc x8 0x1
10284: 704041 addi x8 x8 880
10288: 00001917 auipc x18 0x1
1028c: 689091 addi x18 x18 872
10290: 408909 sub x18 x18 x8
10294: 0011262 sw x1 12 x2
10298: 0091222 sw x9 4 x2
1029c: 4029591 srai x18 x18 2
102a0: 00090e6 beq x18 x0 28
102a4: 0000049 addi x9 x0 0
102a8: 0004278 lw x15 0 x8
102ac: 0014849 addi x9 x9 1
102b0: 0044041 addi x8 x8 4
102b4: 000780e7 jalr x1 x15 0
102b8: fe9918e bne x18 x9 -16
102bc: 00001417 auipc x8 0x1
102c0: 44041 addi x8 x8 820
102c4: 00001917 auipc x18 0x1
102c8: 49091 addi x18 x18 820
102cc: 408909 sub x18 x18 x8
102d0: 4029591 srai x18 x18 2
102d4: 00090e6 beq x18 x0 28
102d8: 0000049 addi x9 x0 0
102dc: 0004278 lw x15 0 x8
102e0: 0014849 addi x9 x9 1
102e4: 0044041 addi x8 x8 4
102e8: 000780e7 jalr x1 x15 0
102ec: fe9918e bne x18 x9 -16
102f0: 00c1208 lw x1 12 x2
102f4: 0081240 lw x8 8 x2
102f8: 0041248 lw x9 4 x2
102fc: 0001290 lw x18 0 x2
1000: 0101011 addi x2 x2 16
1004: 00008067 jalr x0 x1 0
0001008 <memset>:
1008: 00f001 addi x6 x0 15
100c: 0005071 addi x14 x10 0
1010: 02c7e6 bgeu x6 x12 60
1014: 00f7779 andi x15 x14 15
1018: 0a07906 bne x15 x0 160
101c: 0805926 bne x11 x0 12
1020: ff06769 andi x1 x12 -16
1024: 00f6761 andi x12 x12 15
1028: 00e686b add x1 x1 x14
102c: 00b7202 sw x11 0 x14
100: 00b7222 sw x11 4 x14
104: 00b7242 sw x11 8 x14
108: 00b7262 sw x11 12 x14
10c: 0107071 addi x14 x14 16
1040: fed766e bltu x14 x1 -20
1044: 0006146 bne x12 x0 8
1048: 00008067 jalr x0 x1 0
104c: 40c06b sub x1 x6 x12
1050: 0026969 slli x1 x1 2
1054: 00000297 auipc x5 0x0
1058: 005686b add x1 x1 x5
105c: 00c68067 jalr x0 x1 12
1060: 00b7072 sb x11 14 x14
1064: 00b706a sb x11 1 x14
1068: 00b7062 sb x11 12 x14
106c: 00b705a sb x11 11 x14
1070: 00b7052 sb x11 10 x14
1074: 00b704a sb x11 9 x14
1078: 00b7042 sb x11 8 x14
107c: 00b70a sb x11 7 x14
1080: 00b702 sb x11 6 x14
1084: 00b702a sb x11 5 x14
1088: 00b7022 sb x11 4 x14
108c: 00b701a sb x11 x14
1090: 00b7012 sb x11 2 x14
1094: 00b700a sb x11 1 x14
1098: 00b7002 sb x11 0 x14
109c: 00008067 jalr x0 x1 0
10a0: 0ff5f59 andi x11 x11 255
10a4: 0085969 slli x1 x11 8
10a8: 00d5e5b or x11 x11 x1
10ac: 0105969 slli x1 x11 16
10b0: 00d5e5b or x11 x11 x1
10b4: f6dff06f jal x0 -148
10b8: 0027969 slli x1 x15 2
10bc: 00000297 auipc x5 0x0
10c0: 005686b add x1 x1 x5
10c4: 0000829 addi x5 x1 0
10c8: fa0680e7 jalr x1 x1 -96
10cc: 0002809 addi x1 x5 0
10d0: ff07879 addi x15 x15 -16
10d4: 40f707 sub x14 x14 x15
10d8: 00f606 add x12 x12 x15
10dc: f6c78e bgeu x6 x12 -144
10e0: fdff06f jal x0 -196
00010e4 <__register_exitproc>:
10e4: c281879 addi x15 x -984
10e8: 0007a70 lw x14 0 x15
10ec: 1487278 lw x15 28 x14
10f0: 04078c6 beq x15 x0 88
10f4: 0047a70 lw x14 4 x15
10f8: 01f0081 addi x16 x0 1
10fc: 06e84e6 blt x16 x14 124
10400: 0027181 slli x16 x14 2
10404: 0205066 beq x10 x0 44
10408: 01078 add x6 x15 x16
1040c: 08c242 sw x12 16 x6
10410: 1887a88 lw x17 92 x15
10414: 0010061 addi x12 x0 1
10418: 00e616 sll x12 x12 x14
1041c: 00c8e8b or x17 x17 x12
10420: 1917a42 sw x17 92 x15
10424: 10d242 sw x1 264 x6
10428: 0020069 addi x1 x0 2
1042c: 02d5046 beq x10 x1 40
1040: 0017071 addi x14 x14 1
1044: 00e7a22 sw x14 4 x15
1048: 010787b add x15 x15 x16
104c: 00b7a42 sw x11 8 x15
10440: 0000051 addi x10 x0 0
10444: 00008067 jalr x0 x1 0
10448: 14c7079 addi x15 x14 2
1044c: 14f7242 sw x15 28 x14
10450: fa5ff06f jal x0 -92
10454: 18c7a68 lw x1 96 x15
10458: 0017071 addi x14 x14 1
1045c: 00e7a22 sw x14 4 x15
10460: 00c6e6 or x12 x1 x12
10464: 18c7a62 sw x12 96 x15
10468: 010787b add x15 x15 x16
1046c: 00b7a42 sw x11 8 x15
10470: 0000051 addi x10 x0 0
10474: 00008067 jalr x0 x1 0
10478: fff0051 addi x10 x0 -1
1047c: 00008067 jalr x0 x1 0
00010480 <__call_exitprocs>:
10480: fd01011 addi x2 x2 -48
10484: c281879 addi x15 x -984
10488: 0181242 sw x24 8 x2
1048c: 0007ac0 lw x24 0 x15
10490: 0112e2 sw x19 28 x2
10494: 01412c2 sw x20 24 x2
10498: 01512a2 sw x21 20 x2
1049c: 0161282 sw x22 16 x2
104a0: 0211262 sw x1 44 x2
104a4: 0281242 sw x8 40 x2
104a8: 0291222 sw x9 6 x2
104ac: 021202 sw x18 2 x2
104b0: 0171262 sw x2 12 x2
104b4: 00050a9 addi x21 x10 0
104b8: 00058b1 addi x22 x11 0
104bc: 00100a1 addi x20 x0 1
104c0: fff0099 addi x19 x0 -1
104c4: 148c290 lw x18 28 x24
104c8: 0209086 beq x18 x0 48
104cc: 0049248 lw x9 4 x18
104d0: fff4841 addi x8 x9 -1
104d4: 0204426 blt x8 x0 6
104d8: 0024949 slli x9 x9 2
104dc: 009904b add x9 x18 x9
104e0: 040b046 beq x22 x0 72
104e4: 1044a78 lw x15 260 x9
104e8: 0567806 beq x15 x22 64
104ec: fff4041 addi x8 x8 -1
104f0: ffc4849 addi x9 x9 -4
104f4: ff416e bne x8 x19 -20
104f8: 02c1208 lw x1 44 x2
104fc: 0281240 lw x8 40 x2
10500: 0241248 lw x9 6 x2
10504: 0201290 lw x18 2 x2
10508: 01c1298 lw x19 28 x2
1050c: 01812a0 lw x20 24 x2
10510: 01412a8 lw x21 20 x2
10514: 01012b0 lw x22 16 x2
10518: 00c12b8 lw x2 12 x2
1051c: 00812c0 lw x24 8 x2
10520: 001011 addi x2 x2 48
10524: 00008067 jalr x0 x1 0
10528: 0049278 lw x15 4 x18
1052c: 0044a68 lw x1 4 x9
1050: fff7879 addi x15 x15 -1
1054: 04878a6 beq x15 x8 84
1058: 0004a22 sw x0 4 x9
105c: fa0688e beq x1 x0 -80
10540: 1889278 lw x15 92 x18
10544: 008a17 sll x14 x20 x8
10548: 00492b8 lw x2 4 x18
1054c: 00f777b and x15 x14 x15
10550: 00079e6 bne x15 x0 28
10554: 000680e7 jalr x1 x1 0
10558: 0049278 lw x15 4 x18
1055c: f77794e bne x15 x2 -152
10560: 148c278 lw x15 28 x24
10564: f92784e beq x15 x18 -120
10568: f5dff06f jal x0 -164
1056c: 18c9278 lw x15 96 x18
10570: 0844a58 lw x11 12 x9
10574: 00f777 and x14 x14 x15
10578: 00071c6 bne x14 x0 24
1057c: 000a851 addi x10 x21 0
10580: 000680e7 jalr x1 x1 0
10584: fd5ff06f jal x0 -44
10588: 0089222 sw x8 4 x18
1058c: fb1ff06f jal x0 -80
10590: 0005851 addi x10 x11 0
10594: 000680e7 jalr x1 x1 0
10598: fc1ff06f jal x0 -64
0001059c <_exit>:
1059c: 0000059 addi x11 x0 0
105a0: 0000061 addi x12 x0 0
105a4: 0000069 addi x1 x0 0
105a8: 0000071 addi x14 x0 0
105ac: 0000079 addi x15 x0 0
105b0: 05d0089 addi x17 x0 9
105b4: 0000007 ecall
105b8: 0005446 blt x10 x0 8
105bc: 0000006f jal x0 0
105c0: ff01011 addi x2 x2 -16
105c4: 0081242 sw x8 8 x2
105c8: 0005041 addi x8 x10 0
105cc: 0011262 sw x1 12 x2
105d0: 408004 sub x8 x0 x8
105d4: 00c000ef jal x1 12 <__errno>
105d8: 0085202 sw x8 0 x10
105dc: 0000006f jal x0 0
000105e0 <__errno>:
105e0: c01879 addi x15 x -976
105e4: 0007a50 lw x10 0 x15
105e8: 00008067 jalr x0 x1 0
思考问题中只问到了第二个for循环的A[i]=A[i-1]1000;对应的汇编代码；
00010144 <main>:
10144: 7161 c.addi16sp -42
10146: 1a81262 sw x8 428 x2
1014a: 1b00 c.addi4spn x8 42
1014c: fe04262 sw x0 -20 x8
10150: a005 c.j 2
10152: fec4278 lw x15 -20 x8
10156: 078a c.slli x15 2
10158: ff04071 addi x14 x8 -16
1015c: 97ba c.add x15 x14
1015e: fec4270 lw x14 -20 x8
10162: e6e7a62 sw x14 -404 x15
10166: fec4278 lw x15 -20 x8
1016a: 0785 c.addi x15 1
1016c: fef4262 sw x15 -20 x8
10170: fec4270 lw x14 -20 x8
10174: 060079 addi x15 x0 99
10178: fce7dde bge x15 x14 -8
1017c: 4785 c.li x15 1
1017e: fef4262 sw x15 -20 x8
10182: a80d c.j 50
10184: fec4278 lw x15 -20 x8
10188: 17fd c.addi x15 -1
1018a: 078a c.slli x15 2
1018c: ff04071 addi x14 x8 -16
10190: 97ba c.add x15 x14
10192: e6c7a78 lw x15 -404 x15
10196: e87871 addi x14 x15 1000
1019a: fec4278 lw x15 -20 x8
1019e: 078a c.slli x15 2
101a0: ff04069 addi x1 x8 -16
101a4: 97b6 c.add x15 x1
101a6: e6e7a62 sw x14 -404 x15
101aa: fec4278 lw x15 -20 x8
101ae: 0785 c.addi x15 1
101b0: fef4262 sw x15 -20 x8
101b4: fec4270 lw x14 -20 x8
101b8: 060079 addi x15 x0 99
101bc: fce7d4e bge x15 x14 -56
101c0: 0001
101c2: 1ac1240 lw x8 428 x2
101c6: 615d c.addi16sp 42
101c8: 8082 c.jr x1
101ca: 0000 c.addi4spn x8 0
①分配栈空间
//
10144: 7161 c.addi16sp -42
10146: 1a81262 sw x8 428 x2
1014a: 1b00 c.addi4spn x8 42
②第一个循环
//【初始i=0】：然后进行循环条件判断
1014c: fe04262 sw x0 -20 x8 //[x8-20]存储的是i，此处是初始化为0
10150: a005 c.j 2 //无条件跳转到PC[0x10150]2[0x20]=[0x10170]
//【循环体A[i]=i】:暨10178条件跳转的位置
10152: fec4278 lw x15 -20 x8 //把[x8-20]中的i 读到x15中
10156: 078a c.slli x15 2 //对x15中的i左移2位，即变为4*i
10158: ff04071 addi x14 x8 -16 // 把[x8-16]中的A数组的起始地址 读到x14中
1015c: 97ba c.add x15 x14 //把x15(4*i)和x14(&A[0])相加，得到数组中的第i个数的地址&A[i]，然后赋给x15
1015e: fec4270 lw x14 -20 x8 //把[x8-20]中的i 读到x14中
10162: e6e7a62 sw x14 -404 x15 //把x14(i)赋给x15（&A[i]）-404的内存地址中【A[i]=i】
//【i】
10166: fec4278 lw x15 -20 x8 //把[x8-20]中的i 读到x15中
1016a: 0785 c.addi x15 1 //对x15中的i加1，然后赋给x15
1016c: fef4262 sw x15 -20 x8 //把x15(加1之后的i)赋给[x8-20]
//【循环条件i<100】：暨10150无条件跳转的位置
10170: fec4270 lw x14 -20 x8 //把[x8-20]中的i 读到x14中
10174: 060079 addi x15 x0 99//把x0(0)99=0 赋给x15
10178: fce7dde bge x15 x14 -8 //比较x15(99)和x14(i)，若99>=i，则跳转到PC[0x10178]-8[0x26]=[0x10152]
③第二个循环
//【初始i=1】：然后进行循环条件判断
1017c: 4785 c.li x15 1//C.LI 指令被扩展为 addi rd, x0, imm[5:0]，这里就是赋值1给x15
1017e: fef4262 sw x15 -20 x8 // //把x15(初始为1)赋给[x8-20]，即i
10182: a80d c.j 50 //无条件跳转到PC[0x10182]50[0x2]=[0x101b4]
x15中的A[i] 中【A[i]=i】
//【循环体A[i]=A[i-1]1000】:暨101bc条件跳转的位置
//取A[i-1]到x15
10184: fec4278 lw x15 -20 x8 //把[x8-20]中的i 读到x15中
10188: 17fd c.addi x15 -1 //对x15中的i减一
1018a: 078a c.slli x15 2 //对x15中的（i-1）左移2位，即变为4*（i-1）
1018c: ff04071 addi x14 x8 -16 // 把[x8-16]中的A数组的起始地址 读到x14中
10190: 97ba c.add x15 x14 //把x15(4*（i-1）)和x14(&A[0])相加，得到数组中的第i-1个数A[i-1]，然后赋给x15
10192: e6c7a78 lw x15 -404 x15 //把x15中的A[i-1] 存到x15中
//把A[i-1]加1000，存到x14
10196: e87871 addi x14 x15 1000 //把x15中的A[i-1] 加上1000，然后存到x14中
//把A[i-1]1000，存到A[i]
1019a: fec4278 lw x15 -20 x8 //把[x8-20]中的i 读到x15中
1019e: 078a c.slli x15 2 //对x15中的i左移2位，即变为4*i
101a0: ff04069 addi x1 x8 -16// 把[x8-16]中的A数组的起始地址 读到x1中
101a4: 97b6 c.add x15 x1 //把x15(4*i)和x1(&A[0])相加，得到数组中的第i个数的地址&A[i]，然后赋给x15
101a6: e6e7a62 sw x14 -404 x15 //把x14(A[i-1]1000)赋给x15（&A[i]）-404的内存地址中【A[i]=A[i-1]1000】
//【i】
101aa: fec4278 lw x15 -20 x8 //把[x8-20]中的i 读到x15中
101ae: 0785 c.addi x15 1 //对x15中的i加1，然后赋给x15
101b0: fef4262 sw x15 -20 x8 //把x15(加1之后的i)赋给[x8-20]
//【循环条件i<100】：暨10182无条件跳转的位置---与第一个循环的“i<100”基本一致
101b4: fec4270 lw x14 -20 x8 //把[x8-20]中的i 读到x14中
101b8: 060079 addi x15 x0 99 //把x0(0)99=0 赋给x15
101bc: fce7d4e bge x15 x14 -56 //比较x15(99)和x14(i)，若99>=i，则跳转到PC[0x101c0]-56[0x8]=[0x10184]
④退出main
101c0: 0001
// 退出main的栈
101c2: 1ac1240 lw x8 428 x2
101c6: 615d c.addi16sp 42
// 跳转到x1（ra-返回地址）
101c8: 8082 c.jr x1
101ca: 0000 c.addi4spn x8 0
另：404的分析
以第一个循环为例，对10162处的-404进行分析：
//【循环体A[i]=i】:暨10178条件跳转的位置
10152: fec4278 lw x15 -20 x8 //把[x8-20]中的i 读到x15中
10156: 078a c.slli x15 2 //对x15中的i左移2位，即变为4*i
10158: ff04071 addi x14 x8 -16 // 把[x8-16]中的A数组的起始地址 读到x14中
1015c: 97ba c.add x15 x14 //把x15(4*i)和x14(&A[0])相加，得到数组中的第i个数的地址&A[i]，然后赋给x15
1015e: fec4270 lw x14 -20 x8 //把[x8-20]中的i 读到x14中
10162: e6e7a62 sw x14 -404 x15 //把x14(i)赋给x15（&A[i]）-404的内存地址中【A[i]=i】
前者是在Ubuntu中按之前计算机系统的方式，进行的反汇编：
创建后，把c程序写进去，运行指令为：
gcc -o test
objdump -S test
.各部件及主要控制信号
在局部地考虑下面思考问题中各指令的关键控制信号和数据通路之前，我们先总览一下RISC-V 2I Core 设计图中的各部件及主要控制信号。
应当注意的是，一下子看这么多部件、信号，可能看不过来，也并不很明白是什么意思。但是笔者认为先走马观花地过一遍是有所裨益的。有个印象，然后后面不清楚的时候再回头来看。
流水线冲突处理模块;
作用：
- 插入气泡stall；
- 定向路径（前递，转发）forward；
- 冲刷流水段flush，组合逻辑电路，信号说明：
输入：
-
ICacheMiss, DCacheMiss：因为指令以流水线的方式执行，所以前面指令的访存会影响后面的指令。
- ICacheMiss 指令缓存未命中：下一条指令不能进入取指阶段，需要让流水线暂停，等待查指令；
- DCacheMiss数据缓存未命中：下一条指令不能进入访存阶段，需要让流水线暂停，等待查数据；
-
BranchE,JalrE,JalD: 控制相关处理信号
- 作用的部件：PC Generator；
- BranchE,JalrE,JalD：
- 最后一个字母：代表流水线的哪个阶段（E-Execute执行，D-Decode译码；下同）;【了解一下简称是什么意思也很有用】
- BranchE：分支使能
- JalrE,JalD：条件跳转使能；JalrE需要用到寄存器，JalD只用到立即数；
-
Rs1D,Rs2D,Rs1E,Rs2E,RdE,RdM,RdW
- 最后一个字母：D-Decode译码，E-Execute执行，M-Memory访存，W-WriteBack写回;
- 第一个字母R：寄存器；
- 第二个字母：s-source源寄存器，d-destination目标寄存器；
- 数字：多个寄存器可用的话，就编下号；
-
RegReadE：标记A1和A2对应的寄存器值是否被用到。
-
MemToRegE: 标志EX段从data mamory加载数据到寄存器
-
RegWriteM,RegWriteW: 标记MEM段和WB段是否有目标寄存器写入操作。
输出： -
StallF,FlushF: IF段插入气泡（维持状态不变）/冲刷（清零）
-
StallD,FlushD: ID段插入气泡/冲刷
-
StallE,FlushE：EX段插入气泡/冲刷
-
StallM,FlushM：MEM段插入气泡/冲刷
-
StallW,FlushW：WB段插入气泡/冲刷
-
Forward1E,Forward2E: 定向路径控制信号
控制模块（译码器）；
输出：
- JalD: PC Generator接受JalT的使能；
- JalrD: JarlE，PC Generator接受JralT的使能；
- RegWriteD：RegWriteE->RegWriteM->RegWriteW，是否写入寄存器；
- MemToRegD：MemToRegE->MemToRegM->MemToRegW，是否从data memory读取数据到寄存器
- MemWriteD: MemWrite->MemWriteM，共4bit，指示data memory的四个字节中哪些需要写入 ；
- LoadpcD：是否计算PC4存入rd寄存器；
- RegReadD: 标志两个源寄存器的使用情况；用于forward处理
- RegReadD[1] ==1，表示A1对应的寄存器值被使用到了；
- RegReadD[0]== 1，表示A2对应的寄存器值被使用到了，
- BranchTypeD: 表示不同分支类型
- AluContrlD: 表示不同算数逻辑运算种类
- AluSrc1D: Alu输入源Operand1的选择 （寄存器值、PC值）
- AluSrc2D: Alu输入源Operand2的选择 （寄存器值、立即数）
- ImmType: 立即数编码格式类型
用来生成ext PC值的模块，根据不同的跳转信号选择不同的新PC值；
输入：
-
指令：
- PCF：旧的PC值；
- JalrTarget：jalr指令的对应的跳转目标
- BranchTarget：branch指令的对应的跳转目标
- JalTarget：jal指令的对应的跳转目标
-
使能
- BranchE：Ex阶段的Branch指令确定跳转；
- JalD：ID阶段的Jal指令确定跳转 ；
- JalrE：Ex阶段的Jalr指令确定跳转；
- 分支预测：PCF接入的就是分支预测；若预测选中，可以不用等到EX阶段判断条件，可以直接在ID阶段计算出跳转地址就写入PC
输出：
- PC_In：PC的值
寄存器组：时钟周期的上升沿写，下降沿读；
x0：0号寄存器值始终为2’b0；
读
- 输入：A1,A2；需要访问的寄存器编号；
- 输出：RD1,RD2；访问寄存器当前在寄存器组的值；
写：从ID阶段一直传递到WB阶段
- WD：写回的数据；
- A：写回的目标寄存器编号；
- RegWriteW：写回使能
立即数扩展单元：利用正在被译码的指令的部分编码值，生成不同类型的2bit立即数
可以简单地认为：I接受译码的指令/数据；输出想得到的立即数；
- 扩展立即数：传递给执行阶段；
- 计算Jal跳转目标地址：传给PC generator；对于无条件跳转Jal，控制单元在这个阶段就可以发出控制信号JalD，进行跳转了；
跳转判断单元；
输入
- BranchTypeE：指定的分支类型；如bge，bne等；
- Reg1，Reg2：进行比较的两个操作数；操作数来源：
- 取值阶段，或者执行和访存阶段
输出
- BranchE：判断结果输出；
算数逻辑运算单元；
输入：
- Operand1和Operand2：两个操作数；经过Forward，AluSrc选择的；操作数来源有：
- ID阶段读取的寄存器值；
- EX、MEM阶段的数据前推结果；
- 立即数
- AluContrl：执行对应的运算；
- 算术运算：如±*/
- 逻辑运算；
- Jalr指令：将rs1的值的最低位设置为0后通过AluOut传递给PC generator，进行跳转。
输出： - AluOut：结果输出
输入：
- I（DM_RD）：从Data Memory中load的2bit字;
- LoadedBytesSelect：从2bit字中挑选出我们需要的字节;
- I是4B（2位字），OUT是1B（8位）；所以需要从4B中选出1B；
- RegWriteW：表示是否写入寄存器；
输出：
- OUT：表示要写入寄存器的最终值
4.思考问题
出循环A[i]=A[i-1]1000;对应的汇编代码,思考以下问题：
题目：（x是指以x开头的通用寄存器），写出该指令在流水线五个阶段（IF、ID、EX、MEM和WB）关键的控制信号（参考RISC V电路设计图），并通过分析指出数据通路。
- 指令功能：x14（数组A的地址） x15（偏移量4*（i-1））—》x15（A[i-1]的地址）
- 汇编代码：
之所以给出多条，是因为指令以流水线的执行方式，前面指令的执行、访存、写回等操作会影响当前指令；
10188: 17fd c.addi x15 -1
1018a: 078a c.slli x15 2
1018c: ff04071 addi x14 x8 -16
10190: 97ba c.add x15 x14
①IF
- 执行行为：PC值为10190，读取该地址的指令，将指令传送到ID阶段。
- 关键控制信号：
- JalrE，JalE，BrE：均为非使能状态，因为前几条指令没有分支与跳转；
- JalrE，JalE，BrE：均为非使能状态，因为前几条指令没有分支与跳转；
②ID
- 关键控制信号：
- A1：0xE，表示x14寄存器，从寄存器组中读值，传给EX阶段；
- A2：0xF，表示x15寄存器，从寄存器组中读值，传给EX阶段；
- AluContrlD：执行加法；
- AluSrc1D、AluSrc2D：选择操作数；
- 数据：
- 目标数据：1018c的x14,1018a的x15；
- 问题：目标数据所在指令现在在访存/执行，并未写回RegisterFile，所以ID阶段读的x14、x15并非我们想要的数据，而是旧数据。
- 解决：会在EX阶段，通过forward解决。
③EX
- 关键控制信号：
- Forward1E：0x2，选择访存阶段的1018c的x14；【访存阶段前推】
- Forward2E：0x1，选择写回阶段的1018a的x15；【写回阶段前推】
- AluSrc1E、AluSrc2E：选择上面的x14，x15；
- AluContrlE：执行加法；
- 数据：
- 目标数据：1018c的x14,1018a的x15；
- 解决：通过forward：
- 通过Forward1E，将访存阶段的1018c的x14由AluoutM读到本指令的EX阶段，进行操作数选择；
- 通过Forward2E，将写回阶段的1018a的x15由写回线路读到本指令的EX阶段，进行操作数选择；
④MEM
本指令只涉及寄存器间的读取、运算、写回；不涉及访存；
- 关键控制信号：
- LoadPCM：非使能；表示选择ALuoutM传递到写回阶段
- LoadPCM：非使能；表示选择ALuoutM传递到写回阶段
⑤WB
-
关键控制信号：
- MemToRegW：非使能；表示最右边的二路选择器选择ReultW（值即上面传过来的AluoutM），写回到RegisterFile中的WD；
- RegWriteW：使能；写回到RegisterFile中的RegWriteW，对寄存器组中的A写回数据WD；
-
数据：
- RdW：0xF；写回到RegisterFile中的A，表示写回的目标寄存器是x15；
- RdW：0xF；写回到RegisterFile中的A，表示写回的目标寄存器是x15；
⑥数据通路
题目：写出该指令在流水线五个阶段（IF、ID、EX、MEM和WB）关键的控制信号（参考RISC V电路设计图），并通过分析指出数据通路。
- 指令功能：判断x15>=x14；若为true，则跳转到当前PC-56的位置；
- 汇编代码：
101b0: fef4262 sw x15 -20 x8
101b4: fec4270 lw x14 -20 x8
101b8: 060079 addi x15 x0 99
101bc: fce7d4e bge x15 x14 -56
①IF
- 执行行为：PC值为101bc，读取该地址的指令，将指令传送到ID阶段。
- 关键控制信号：
- JalrE，JalE，BrE：均为非使能状态，因为前几条指令没有分支与跳转；
- JalrE，JalE，BrE：均为非使能状态，因为前几条指令没有分支与跳转；
②ID
-
关键控制信号：
- A1：0xF，表示x15寄存器，从寄存器组中读值，传给EX阶段；
- A2：0xE，表示x14寄存器，从寄存器组中读值，传给EX阶段；
- Immediate Operand Unit：扩展出来-56，然后计算PC-56，传递给EX阶段；
- AluSrc1D、AluSrc2D：选择操作数；
- BranchType：分支类型bge；
-
数据：
- 目标数据：101b8的x15,101b4的x14；
- 问题：目标数据所在指令现在在访存/执行，并未写回RegisterFile，所以ID阶段读的x14、x15并非我们想要的数据;
③EX
- 关键控制信号：
- Forward1E：0x2，选择访存阶段的101b8的x15；【访存阶段前推】
- Forward2E：0x1，选择写回阶段的101b4的x14；【写回阶段前推】
- AluSrc1E、AluSrc2E：选择上面的x14，x15；
- BrType：bge类型分支，判断op1>=op2
- BrE：使能；进行跳转
| 预测是否跳转 | 预测是否正确 | 处理 |
|---|---|---|
| 跳转 | 正确 | flush冲刷流水线；取跳转目标指令 |
| 跳转 | 不正确 | 在下一周期重新取指 |
| 不跳转 | 正确 | 继续正常指令 |
| 不跳转 | 不正确 | 在EX阶段将跳转目标写入PC |
这里画的是最后一种情况，在EX阶段将跳转目标BrPC写入BrT;
- 数据：
- 目标数据：101b8的x15,101b4的x14；
- 解决：通过forward：
- 通过Forward1E，将访存阶段的101b8的x15由AluoutM读到本指令的EX阶段，进行操作数选择；
- 通过Forward2E，将写回阶段的101b4的x14由写回线路读到本指令的EX阶段，进行操作数选择；
④MEM
本指令只涉及寄存器间的读取、比较；不涉及访存；
- 关键控制信号：
- LoadPCM：无影响；因为没有写回，所以选什么数据传到WB也没用；
⑤WB
- 关键控制信号：
- RegWriteW：非使能；没有寄存器需要写回；
- MemToRegW：无影响；RegWriteW为非使能，选什么数据都无影响；
⑥数据通路
题目：写出该指令在流水线五个阶段（IF、ID、EX、MEM和WB）关键的控制信号（参考RISC V电路设计图），并通过分析指出数据通路。
- 指令功能：把[x8-20]地址中的值，加载到x15中；
- 汇编代码：
101a0: ff04069 addi x1 x8 -16
101a4: 97b6 c.add x15 x1
101a6: e6e7a62 sw x14 -404 x15
101aa: fec4278 lw x15 -20 x8
①IF
- 执行行为：PC值为101aa，读取该地址的指令，将指令传送到ID阶段。
- 关键控制信号：
- JalrE，JalE，BrE：均为非使能状态，因为前几条指令没有分支与跳转；
- JalrE，JalE，BrE：均为非使能状态，因为前几条指令没有分支与跳转；
②ID
-
关键控制信号：
- A1：0x8，表示x8寄存器，从寄存器组中读值，传给EX阶段；
- Immediate Operand Unit：扩展出来-20，传递给EX阶段,
-
数据：
- 目标数据：x8；
- 问题：前面流水线的指令并没有写回x8，所以我们从RegisterFile读到的x8就是想要的值，不需要再从前面指令的访存或写回阶段forward了；
③EX
-
关键控制信号：
- Forward1E：0x0，选择ID阶段从RegisterFile中读到的x8；
- Forward2E：无影响；因为后面的AluSrcE会选立即数ImmE（-20）；
- AluSrc1E、AluSrc2E：选择上面的x8，立即数ImmE（-20）；
- AluContrlE：ADDOP信号；执行加法操作；
-
数据：
- 目标数据：x8；
- 问题：前面流水线的指令并没有写回x8，所以我们从RegisterFile读到的x8就是想要的值，不需要再从前面指令的访存或写回阶段forward了；
④MEM
- 关键控制信号：
- LoadPCM：无影响；因为写回WB阶段从DataMemory中读数据，不会选择ResultW；
- MemWriteM：非使能；读取数据，并不向DataMemory中写入数据；
- 数据：
- AluoutM：ALU的运算结果作为地址，从DataMemory中读Data[x8-20]的值，传递给WB阶段；
- AluoutM：ALU的运算结果作为地址，从DataMemory中读Data[x8-20]的值，传递给WB阶段；
⑤WB
- 关键控制信号：
- RegWriteW：使能；需要写回寄存器x15；
- MemToRegW：使能；表示从DataMemory中写回到RegisterFile，同时使最右边的二路选择器选择OUT；
- RdW：写回阶段的目标寄存器为0xF，即x15；
⑥数据通路
题目：写出该指令在流水线五个阶段（IF、ID、EX、MEM和WB）关键的控制信号（参考RISC V电路设计图），并通过分析指出数据通路。
- 指令功能：把x15中的值，加载到地址为[x8-20]的DataMemory中；
- 汇编代码：
101a6: e6e7a62 sw x14 -404 x15
101aa: fec4278 lw x15 -20 x8
101ae: 0785 c.addi x15 1
101b0: fef4262 sw x15 -20 x8
①IF
- 执行行为：PC值为101b0，读取该地址的指令，将指令传送到ID阶段。
- 关键控制信号：
- JalrE，JalE，BrE：均为非使能状态，因为前几条指令没有分支与跳转；
- JalrE，JalE，BrE：均为非使能状态，因为前几条指令没有分支与跳转；
②ID
-
关键控制信号：
- A1：0x8，表示x8寄存器，从寄存器组中读值，传给EX阶段；
- A2：0xF，表示x15寄存器，从寄存器组中读值，传给EX阶段；
- Immediate Operand Unit：扩展出来-20，传递给EX阶段；
-
数据：
- 目标数据：x8，上一条指令101ae中的x15；
- 问题：
- x8：从RegisterFile读到的x8就是想要的值；（不需forward）
- x15：本指令在EX阶段时，目标x15在访存阶段；本指令在访存阶段时，目标x15在写回阶段；（不需forward-写回阶段）
③EX
- 关键控制信号：
- Forward1E：0x0，选择ID阶段从RegisterFile中读到的x8；
- Forward2E：无影响；因为后面的AluSrcE会选立即数ImmE（-20）；
- AluSrc1E、AluSrc2E：选择上面的x8，立即数ImmE（-20）；
- AluContrlE：ADDOP信号；执行加法操作；
- 数据：
- 目标数据：x8，上一条指令101ae中的x15；
- 问题：
- x8：从RegisterFile读到的x8就是想要的值；
- x15：本指令在EX阶段时，目标x15在访存阶段；但此时ALU在执行（x8-20）的计算，无法读访存阶段的x15；只能放在下一阶段进行；
④MEM
- 关键控制信号：
- LoadPCM：无影响；因为WB阶段不会写回寄存器；
- MemWriteM：使能；向DataMemory中写入数据；
- 数据：
- AluoutM：写入地址；[x8-20]
- StoreDataM：写入数据；即上一条指令写回x15的数据；
电路图中未画出StoreDataM的数据来源，应该和执行阶段的操作数选择一样，可以选择寄存器读取的值或先前指令的计算结果。
⑤WB
- 关键控制信号：
- RegWriteW：非使能；不需要写回寄存器；
⑥数据通路
题目：简述BranchE信号的作用。
- 作用：表示分支条件是否为True；
- 步骤：
- 根据BrType，比较rs1和rs2的值；
- 若为True，则BrE为使能，表示需要跳转；然后PC generator写入跳转的目标地址；
- 动态分支预测：跳转目标地址可能在ID阶段（JalPC）就已经写入，EX阶段只是通过BrE验证预测是否正确；
| 预测是否跳转 | 预测是否正确 | 处理 |
|---|---|---|
| 跳转 | 正确 | flush冲刷流水线；取跳转目标指令 |
| 跳转 | 不正确 | 在下一周期重新取指 |
| 不跳转 | 正确 | 继续正常指令 |
| 不跳转 | 不正确 | 在EX阶段将跳转目标写入PC |
1.预测不跳转，且正确：
指令1/2/在流水线中顺序执行；其中指令1是条件跳转指令；不妨设指令1的目标指令为指令7；
| 执行序号 | CLK1 | CLK2 | CLK | CLK4 | CLK5 | CLK6 | CLK7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | IF(PC=4) | ID（计算JalPC） | EX（BrE=0，BrPC=JalPC） | MEM | WB | ||
| 2 | IF(PC=4）（指令2） | ID（指令2） | EX | MEM | WB | ||
| IF（PC=4）（指令） | ID(指令) | EX | MEM | WB | |||
| 4 | IF(PC=4)（指令4） | ID | EX | MEM |
2.预测不跳转，且错误：
指令1/2/在流水线中顺序执行；其中指令1是条件跳转指令；不妨设指令1的目标指令为指令7；
| 执行序号 | CLK1 | CLK2 | CLK | CLK4 | CLK5 | CLK6 | CLK7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | IF(PC=4) | ID（计算JalPC） | EX（BrE=1，BrPC=JalPC） | MEM | WB | ||
| 2 | IF(PC=4）（指令2） | ID（指令2） | flush | flush | flush | ||
| IF（PC=4）（指令） | flush | flush | flush | flush | |||
| 4 | IF(PC=BrT)（指令7） | ID | EX | MEM |
无条件跳转：
条件分支：
题目：PC Generator 中对于不同跳转 target 的选择有没有优先级？如果有，请举例并分析。如果没有，请解释原因。
- 跳转Target
- JalrT：
- 无条件跳转地址；取出rs1的值并将最低位设置为0，作为跳转地址；
- 在EX阶段计算；
- JalT：
- 无条件跳转地址；PCImm（offset）；
- 在ID阶段计算，
- BrT：
- 分支跳转目标地址；
- 在EX阶段计算；
- PCF：PC=4；
- 默认目标地址–下一条指令；
- 在IF阶段计算；
- JalrT：
- 使能：
- JalrE：EX阶段得到；
- JalD：ID阶段得到；
- BrE： EX阶段得到；
- BrT和JalrT的选择优先于JalT的选择
- 处于执行阶段的指令是先执行的，因此应该按照执行阶段的跳转目标地址进行跳转；
4.附加思考题
Harzard模块中，有哪几类冲突需要插入气泡（OP指令），分别使流水线停顿几个周期。（提示：有三类冲突）
- 三类冲突：
- 结构冲突：由资源（memory，register，cacheMiss）冲突产生；
- 数据冲突：相邻指令对相同的数据对象读写产生的冲突
- 控制冲突：分支和跳转指令修改PC导致的冲突
①结构冲突
解决方法：
- 存储器：使用分离的InstructionMemory和DataMemory；
- 寄存器：读写在一个时钟周期的前半和后半；
- 缓存未命中：
- 指令缓存未命中：下一条指令不能进入IF阶段
- 数据缓存未命中：下一条指令不能进入MEM阶段
- 处理：当Harzard单元接收到DCacheMiss或ICacheMiss时，需要让流水线暂停多个周期。
②数据冲突
1)三种数据冲突
- RAW：写后读
- WAR，WAW：读后写，写后写；（在顺序执行的标量处理器中不会出现）
2)RAW写后读冲突：forward解决
- 出现场景：当前指令的源操作数是先前指令的结果
- 举例：add x15 x14
c.slli x15 2
addi x14 x8 -16
c.add x15 x14
- 解决：数据前推forward–Harzard单元
- 出现场景：
- RegWrite、RegRead同时为使能状态；
- 源寄存器、写入目的寄存器相同
- 出现场景：
)RAW写后读冲突：forward不能解决
- 举例：
lw x15 -20 x8
addi x14 x15 -16
- 解释：
- addi在EX阶段需要x15的值；
- 此时lw在MEM阶段，访问Data[x8-20]，还未写回x15；
- 解决：stall暂停流水线
- 出现场景：
- MemToRegE为使能状态；
- rs寄存器、rd寄存器为同一个寄存器
- 实现结果：
- EX及之前的阶段暂停，MEM、WB阶段继续；
- 暂停一个周期，lw写回的结果就可以前推回执行周期；
- 出现场景：
Harzard模块中，采用静态分支预测器，即默认不跳转，遇到branch指令时，如何控制flush和stall信号？
harzard单元检测到branch指令，发出flush信号；
- 冲刷EX阶段及之前的部分；
- MEM、WB阶段继续执行，完成之前的指令。
预测未命中的情况：
- 下一条指令正常执行，在需要跳转时，后两条指令无效，写入PC，对于IF，ID和EX，flush信号为true，冲刷流水线。不需要暂停流水线。下一周期重新取址执行新的指令
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