蜂鳥E203 IFU模塊

E203的IFU(instruction fetch unit)模塊主要功能和接口如下：

1. IFU的PC生成單元產生下一條指令的PC。
2. 該PC傳輸到地址判斷和ICB生成單元，就是根據PC值產生相應讀指請求，可能的指令目的是ITCM或者外部存儲，外部存儲通過BIU訪問。
3. 該PC值也會傳輸到和EXU單元接口的PC寄存器中。
4. 取回的指令會放置到和EXU接口的IR(Instruction register)寄存器中。EXU單元會根據指令和其對應的PC值進行后續的操作。
5. 因為每個周期都要產生下一條指令的PC，所以取回的指令也會傳入Mini-Decode單元，進行簡單的譯碼操作，判別當前指令是普通指令還是分支跳轉指令。如果判別為分支跳轉指令，則在同一周期進行分支預測。最后，根據譯碼的信息和分支預測的信息生成下一條指令的PC。
6. 來自commit模塊的沖刷管線請求會復位PC值。

因為蜂鳥IFU要在同一個時鍾周期完成取指，譯碼，分支預測，生成PC等多個操作，所以時序上的關鍵路徑會制約它的最高主頻。

IFU模塊的接口包括如下信號：

inspect_pc, output,  位寬：32

當前IFU所取指令的pc值，如果當前ifu_reset_req信號置高，則為pc復位值，即pc_rtvec值=0x1000，因為指令被放在itcm中，itcm起始地址為0x8000_0000，所以通常pc值為itcm的某個地址值。

當rom啟動系統時候，復位pc是0x1000=4096，通過指令0x7ffff297，auipc x5,0x7ffff, 當前x5=當前pc值+7ffff000=0x1000+0x7ffff000=0x8000_0000,指向了itmc的首地址。

然后通過指令jalr=0x28067, 指令跳轉到x5指定的地址。

rom的初始化在文件sirv_mrom.v 中

  genvar i;
  generate
   if(1) begin: jump_to_ram_gen
       // Just jump to the ITCM base address 
      for (i=0;i<1024;i=i+1) begin: rom_gen
          if(i==0) begin: rom0_gen
              assign mask_rom[i] = 32'h7ffff297; //auipc   t0, 0x7ffff
          end
          else if(i==1) begin: rom1_gen
              assign mask_rom[i] = 32'h00028067; //jr      t0
          end
          else begin: rom_non01_gen
              assign mask_rom[i] = 32'h00000000;
          end
      end
   end
   else begin: jump_to_non_ram_gen

ifu_active, output, 位寬1

這個輸出信號總是1，意味着ifu模塊會一直處於活動狀態。

pc_rtvec, input, 位寬32

pc復位值，如果用simulation，其值為0x1000, 如果用fpga，外部qspi flash地址為0x2000_0000。這個信號從常開域傳入。

sirv_aon_wrapper.v

  //  This signal will be passed to the main domain, since this is kind of pad selected signal
  //    we dont need to sync them in main domain, just directly use it
  assign pc_rtvec = aon_io_bootrom ? 32'h0000_1000 :
      // This is the external QSPI flash base address 
                                     32'h2000_0000;

ifu2itcm_holdup, input, 位寬1

上次訪問itcm的模塊是ifu，則設置該信號為高。

itcm_region_indic, input, 位寬32

itcm 起始地址指示信號，它的值為 0x8000_0000

該值在cpu_top.v中實例化e203_core時候，傳入宏E203_ITCM_BASE_ADDR的值。

ifu2itcm_icb_cmd_valid, output, 位寬1

ifu2itcm_icb_cmd_ready，input，位寬1

ifu和itcm命令通道通訊的握手信號，采用icb協議，icb協議會在單獨的文章中詳細介紹。

ifu2itcm_icb_cmd_addr，output，位寬16

ifu請求讀/寫itcm數據的起始地址，因為itcm是64K大小，所以itcm地址位寬為16位。

ifu2itcm_icb_rsp_valid, input, 位寬1

ifu2itcm_icb_rsp_ready，output，位寬1

ifu和itcm響應通道通訊的握手信號，采用icb協議，icb協議會在單獨的文章中詳細介紹

ifu2itcm_icb_rsp_err, input, 位寬1

讀或寫itcm反饋的錯誤標志，如果該信號為低，則ifu接受itcm的返回結果。

ifu2itcm_icb_rsp_rdata, input, 位寬64

從itcm返回的32位數據。

ifu2biu_icb_cmd_valid, output, 位寬1

ifu2biu_icb_cmd_ready，input，位寬1

ifu和biu命令通道通訊的握手信號，采用icb協議，icb協議會在單獨的文章中詳細介紹。這個接口用於從system memory中讀取數據

ifu2biu_icb_cmd_addr，output，位寬32

ifu請求讀/寫biu數據的起始地址，32位地址。

ifu2biu_icb_rsp_valid, input, 位寬1

ifu2biu_icb_rsp_ready，output，位寬1

ifu和biu響應通道通訊的握手信號，采用icb協議，icb協議會在單獨的文章中詳細介紹

ifu2biu_icb_rsp_err, input, 位寬1

讀或寫biu反饋的錯誤標志，如果該信號為低，則ifu接受biu的返回結果。

ifu2biu_icb_rsp_rdata, input, 位寬32

從biu返回的32位數據。

ifu_o_ir，output， 位寬32

指令寄存器中的值，是當前從itcm或biu中讀取的32位指令數據，傳輸到exu的decoder中進行解碼操作。

當指令來自於biu(system memory）時候，取得數據是32位，ifu_o_ir是ifu2biu_icb_rsp_rdata寄存一個周期。

當指令來自於itcm時候，因為itcm是64位，所以ifu2itcm_icb_rsp_rdata,返回的數據是64位，因為itcm是sram，上次訪問的數據會一直holdup住。但ifu每次只取其中32位數據。因為會連續兩次或多次在一個lane（64位對齊的數據成為一個lane)里面訪問。如果上次訪問的itcm的sram，下一次取指在同一個lane里面，則不會真的讀取sram，會利用sram holdup的特性，直接使用其保持不變的輸出。如果順序取一個32位的指令其非對齊的地址跨越了64位邊界，那么會將sram當前輸出的最高16位放在leftover buffer之中。並發起新的itcm sram訪問操作，然后將新訪問itcm sram返回的低16位與leftover buffer中的值拼接成一個完整的32位指令。因此等效於一個周期讀取一條指令，不會造成性能損失。如果是非順序取指，比如分支或跳轉指令，且地址為非對齊地址跨越了64位邊界，那么就需要發起兩次itcm讀操作。第一個讀回的數據的高16位放入leftover buffer中，第二次讀回的數據的低16位和leftover buffer中的16位數據組合想成一個32位的指令。因此需要兩個周期才能取回指令。

ifu_o_pc，output，位寬32

當前的指令pc值，注意：ifu_o_pc和inspect_pc的區別，ifu_o_pc相當於被寄存一個周期的inspect_pc值。

ifu_o_pc_valid, output, 位寬1

pc信號是有效的

ifu_o_misalgn，output，位寬1

該信號總是0，在e203中，不會發生不對齊的情況。

ifu_o_buserr，output，位寬1

該信號=ifu_rsp_err

ifu_o_rs1idx,output,位寬5

當前指令 源寄存器rs1的索引，來自於mini decoder模塊的輸出

ifu_o_rs2idx，output,位寬5
當前指令 源寄存器rs2的索引，來自於mini decoder模塊的輸出

ifu_o_prdt_taken，output，位寬1
當前指令預測是否需要跳轉，來自於ifu中的bpu模塊。

ifu_o_mul2div_b2b，output，位寬1

// For multiplicaiton, only the MUL instruction following
//    MULH/MULHU/MULSU can be treated as back2back
 ( minidec_mul & dec2ifu_mulhsu)
 // For divider and reminder instructions, only the following cases
 //    can be treated as back2back
 //      * DIV--REM
 //      * REM--DIV
 //      * DIVU--REMU
 //      * REMU--DIVU

pipe_flush_ack，output，位寬1

總是1，

pipe_flush_req，input，位寬1

pipe flsuh請求，來自於exu模塊，沖刷現在管線，根據新的pc值從新取指。

pipe_flush_add_op1，input,32

pipe flsuh操作的op1,和op2一起決定新的pc

pipe_flush_add_op2,input, 32

pipe flsuh操作的op2,和op1一起決定新的pc

ifu_halt_req，input，位寬1

ifu_halt_ack，output，位寬1

ifu halt請求響應信號,請求置高后，ifu停止取新的指令，ack響應置高后，恢復取指令。

   

// The halt request come from other commit stage
//   If the ifu_halt_req is asserting, then IFU will stop fetching new 
//     instructions and after the oustanding transactions are completed,
 //     asserting the ifu_halt_ack as the response.
 //   The IFU will resume fetching only after the ifu_halt_req is deasserted

oitf_empty，input，位寬1

oitf為空,不用進行數據沖突判斷，肯定不存在RAW和WAW數據沖突

rf2ifu_x1，input，位寬32

當前x1寄存器的值

rf2ifu_rs1，input，位寬32

當前指令中rs1寄存器的值

dec2ifu_rden，input，位寬1

當前指令包括目的寄存器寄存器rd

dec2ifu_rs1en，input，位寬1

當前指令包括源寄存器rs1

dec2ifu_rdidx，input，位寬5

當前指令目的寄存器rd索引

dec2ifu_mulhsu，input，位寬1

當前指令為mulh,mulhsu, mulhu

dec2ifu_div，input，位寬1

當前指令為div

dec2ifu_rem，input，位寬1

當前指令為rem

dec2ifu_divu，input，位寬1

當前指令為divu

dec2ifu_remu，input，位寬1

當前指令為remu

clk，input，位寬1
時鍾信號

rst_n，input，位寬1

復位信號