E203 译码模块(1)

皋陶

E203 译码模块(1)

E203 译码模块(2)

E203 译码模块(3)

E203是两级流水线结构，第一级是IFU进行取指操作，第二级包括译码、执行、交付和写回等功能。架构图如下：

     译码模块就是把机器码翻译成对应的输出功能。E203支持RV32IMAC,它的译码器模块是纯的组合电路实现，相对比较简单。只要熟悉了RiscV的指令规范，很容易看懂。

     译码模块的输入信号来自于IFU模块，包括以下信号：

1. input  [`E203_INSTR_SIZE-1:0] i_instr, //来自IFU的32位指令
   
2. input  [`E203_PC_SIZE-1:0] i_pc,       //来自IFU的当前指令PC
   
3. input  i_prdt_taken,           //预测需要跳转，来自IFU模块的分支预测单元，对分支跳转指令有用,如果当前指令为分支跳转指令，该信号会被传递到相应的info_bus
   
4. input  i_misalgn,              // 表示当前指令遇到了分支跳转异常
   
5. input  i_buserr,               // 表面当前指令遭遇了取指存储器访问错误
   
6. input  i_muldiv_b2b,           // 前后临接的mul和div指令时置1,如果当前指令为乘法除法指令，该信号传递到相应的info_bus
   
7. 
   
8. input  dbg_mode,   //debug模式下，忽视dret指令异常的情况

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译码模块的输出包括以下信号：

1. output dec_rs1x0, // 该指令源操作数1为x0
   
2. output dec_rs2x0, // 该指令源操作数2为x0
   
3. output dec_rs1en, //该指令需要读取源操作数1
   
4. output dec_rs2en, //该指令需要读取源操作数2
   
5. output dec_rdwen, //该指令需要写结果操作数到目的寄存器
   
6. output [`E203_RFIDX_WIDTH-1:0] dec_rs1idx,  //源操作数1的寄存器索引
   
7. output [`E203_RFIDX_WIDTH-1:0] dec_rs2idx, //源操作数2的寄存器索引
   
8. output [`E203_RFIDX_WIDTH-1:0] dec_rdidx,  //目的寄存器索引
   
9. output [`E203_DECINFO_WIDTH-1:0] dec_info, //该指令的其它信息，被打包成一组宽信号，称之为信息总线(info bus).
   
10. output [`E203_XLEN-1:0] dec_imm, //该指令使用的立即数值。
    
11. output [`E203_PC_SIZE-1:0] dec_pc, // 该指令的pc值，等于输入的i_pc
    
12. output dec_misalgn, //指令遇到了分支跳转异常，等于输入的misalgn
    
13. output dec_buserr,  //指令遭遇了取指存储器访问错误，等于输入的i_buserr
    
14. output dec_ilegl, //解码后，发现该指令是非法指令
    
15. 
    
16. 
    
17. output dec_mulhsu, //指令为 mulh或mulhsu或mulhu，这些乘法指令都把结果的高32位放到目的寄存器
    
18. output dec_mul   , //指令为乘法指令
    
19. output dec_div   , //指令为除法指令
    
20. output dec_rem   ,//指数为取余数指令
    
21. output dec_divu  ,//指令为无符号数除法指令
    
22. output dec_remu  ,//指令为无符号数取余数指令
    
23. 
    
24. output dec_rv32, //该指令为32位指令，为0的话则是16位的压缩指令
    
25. output dec_bjp, //该指令为跳转指令，jal 或者jalr或者bxx指令
    
26. output dec_jal,  //该指令为jal指令
    
27. output dec_jalr, //该指令为jalr指令
    
28. output dec_bxx, //该指令为bxx
    
29. 
    
30. output [`E203_RFIDX_WIDTH-1:0] dec_jalr_rs1idx, //jalr指令中rs1寄存器索引
    
31. output [`E203_XLEN-1:0] dec_bjp_imm  //bjp指令中的立即数

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下面代码判断指令是32位指令还是16位指令的代码。操作码的低2位11,且3到5位不为111，则为rv32指令，否则为16位指令，因为E203不支持rv64，所以用一位信号就可以表示rv32和rvc了。

1. wire [32-1:0] rv32_instr = i_instr;
   
2. wire [16-1:0] rv16_instr = i_instr[15:0];
   
3. //指令的低7位为操作码
   
4. wire [6:0]  opcode = rv32_instr[6:0];
   
5. 
   
6. wire opcode_1_0_00  = (opcode[1:0] == 2'b00);
   
7. wire opcode_1_0_01  = (opcode[1:0] == 2'b01);
   
8. wire opcode_1_0_10  = (opcode[1:0] == 2'b10);
   
9. wire opcode_1_0_11  = (opcode[1:0] == 2'b11);
   
10. //为32位指令或者16位指令
    
11. wire rv32 = (~(i_instr[4:2] == 3'b111)) & opcode_1_0_11;

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下面代码为取出32位指令和16位指令的关键编码段。RVC的编码比较复杂，有些指令寄存器为3位表示，有些为5位表示，立即数通常都有旋转，旋转格式还很多。具体参见 RV32C指令集

1. wire [4:0]  rv32_rd     = rv32_instr[11:7]; // 目的寄存器索引
   
2. wire [2:0]  rv32_func3  = rv32_instr[14:12];//func3段
   
3. wire [4:0]  rv32_rs1    = rv32_instr[19:15];//源操作数1寄存器索引
   
4. wire [4:0]  rv32_rs2    = rv32_instr[24:20];//源操作数2寄存器索引
   
5. wire [6:0]  rv32_func7  = rv32_instr[31:25];//func7段
   
6. //CR  15-12 func4, 11-7 rd/rs1, 6-2 rs2, 0-1 opcode
   
7. //CI  15-13 func3, 12 imm,11-7 rd/rs1,6-2 imm, 0-1 opcode
   
8. wire [4:0]  rv16_rd     = rv32_rd;
   
9. wire [4:0]  rv16_rs1    = rv16_rd;
   
10. wire [4:0]  rv16_rs2    = rv32_instr[6:2];
    
11. //CIW,CL,CS,CA,CB,CJ
    
12. //rdd=rd', rss1=rs1', rss2=rs2' short register, x8-x15, f8-f15
    
13. wire [4:0]  rv16_rdd    = {2'b01,rv32_instr[4:2]};
    
14. wire [4:0]  rv16_rss1   = {2'b01,rv32_instr[9:7]};
    
15. wire [4:0]  rv16_rss2   = rv16_rdd;
    
16. 
    
17. wire [2:0]  rv16_func3  = rv32_instr[15:13]

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下面的代码产生指令中的关键信息判断，用于后面的代码复用。

1. // We generate the signals and reused them as much as possible to save gatecounts
   
2.   wire opcode_4_2_000 = (opcode[4:2] == 3'b000);
   
3.   wire opcode_4_2_001 = (opcode[4:2] == 3'b001);
   
4.    wire opcode_4_2_010 = (opcode[4:2] == 3'b010);
   
5.    wire opcode_4_2_011 = (opcode[4:2] == 3'b011);
   
6.    wire opcode_4_2_100 = (opcode[4:2] == 3'b100);
   
7.    wire opcode_4_2_101 = (opcode[4:2] == 3'b101);
   
8.    wire opcode_4_2_110 = (opcode[4:2] == 3'b110);
   
9.    wire opcode_4_2_111 = (opcode[4:2] == 3'b111);
   
10.    wire opcode_6_5_00  = (opcode[6:5] == 2'b00);
    
11.    wire opcode_6_5_01  = (opcode[6:5] == 2'b01);
    
12.    wire opcode_6_5_10  = (opcode[6:5] == 2'b10);
    
13.    wire opcode_6_5_11  = (opcode[6:5] == 2'b11);
    
14. 
    
15.   wire rv32_func3_000 = (rv32_func3 == 3'b000);
    
16.    wire rv32_func3_001 = (rv32_func3 == 3'b001);
    
17.    wire rv32_func3_010 = (rv32_func3 == 3'b010);
    
18.    wire rv32_func3_011 = (rv32_func3 == 3'b011);
    
19.    wire rv32_func3_100 = (rv32_func3 == 3'b100);
    
20.    wire rv32_func3_101 = (rv32_func3 == 3'b101);
    
21.    wire rv32_func3_110 = (rv32_func3 == 3'b110);
    
22.    wire rv32_func3_111 = (rv32_func3 == 3'b111);
    
23. 
    
24.   wire rv16_func3_000 = (rv16_func3 == 3'b000);
    
25.    wire rv16_func3_001 = (rv16_func3 == 3'b001);
    
26.    wire rv16_func3_010 = (rv16_func3 == 3'b010);
    
27.    wire rv16_func3_011 = (rv16_func3 == 3'b011);
    
28.    wire rv16_func3_100 = (rv16_func3 == 3'b100);
    
29.    wire rv16_func3_101 = (rv16_func3 == 3'b101);
    
30.    wire rv16_func3_110 = (rv16_func3 == 3'b110);
    
31.    wire rv16_func3_111 = (rv16_func3 == 3'b111);
    
32. 
    
33.   wire rv32_func7_0000000 = (rv32_func7 == 7'b0000000);
    
34.    wire rv32_func7_0100000 = (rv32_func7 == 7'b0100000);
    
35.    wire rv32_func7_0000001 = (rv32_func7 == 7'b0000001);
    
36.    wire rv32_func7_0000101 = (rv32_func7 == 7'b0000101);
    
37.    wire rv32_func7_0001001 = (rv32_func7 == 7'b0001001);
    
38.    wire rv32_func7_0001101 = (rv32_func7 == 7'b0001101);
    
39.    wire rv32_func7_0010101 = (rv32_func7 == 7'b0010101);
    
40.    wire rv32_func7_0100001 = (rv32_func7 == 7'b0100001);
    
41.    wire rv32_func7_0010001 = (rv32_func7 == 7'b0010001);
    
42.    wire rv32_func7_0101101 = (rv32_func7 == 7'b0101101);
    
43.    wire rv32_func7_1111111 = (rv32_func7 == 7'b1111111);
    
44.    wire rv32_func7_0000100 = (rv32_func7 == 7'b0000100);
    
45.    wire rv32_func7_0001000 = (rv32_func7 == 7'b0001000);
    
46.    wire rv32_func7_0001100 = (rv32_func7 == 7'b0001100);
    
47.    wire rv32_func7_0101100 = (rv32_func7 == 7'b0101100);
    
48.    wire rv32_func7_0010000 = (rv32_func7 == 7'b0010000);
    
49.    wire rv32_func7_0010100 = (rv32_func7 == 7'b0010100);
    
50.    wire rv32_func7_1100000 = (rv32_func7 == 7'b1100000);
    
51.    wire rv32_func7_1110000 = (rv32_func7 == 7'b1110000);
    
52.    wire rv32_func7_1010000 = (rv32_func7 == 7'b1010000);
    
53.    wire rv32_func7_1101000 = (rv32_func7 == 7'b1101000);
    
54.    wire rv32_func7_1111000 = (rv32_func7 == 7'b1111000);
    
55.    wire rv32_func7_1010001 = (rv32_func7 == 7'b1010001);
    
56.    wire rv32_func7_1110001 = (rv32_func7 == 7'b1110001);
    
57.    wire rv32_func7_1100001 = (rv32_func7 == 7'b1100001);
    
58.    wire rv32_func7_1101001 = (rv32_func7 == 7'b1101001);
    
59. 
    
60.   wire rv32_rs1_x0 = (rv32_rs1 == 5'b00000);
    
61.    wire rv32_rs2_x0 = (rv32_rs2 == 5'b00000);
    
62.    wire rv32_rs2_x1 = (rv32_rs2 == 5'b00001);
    
63.    wire rv32_rd_x0  = (rv32_rd  == 5'b00000);
    
64.    wire rv32_rd_x2  = (rv32_rd  == 5'b00010);
    
65. 
    
66.   wire rv16_rs1_x0 = (rv16_rs1 == 5'b00000);
    
67.    wire rv16_rs2_x0 = (rv16_rs2 == 5'b00000);
    
68.    wire rv16_rd_x0  = (rv16_rd  == 5'b00000);
    
69.    wire rv16_rd_x2  = (rv16_rd  == 5'b00010);
    
70. 
    
71.   wire rv32_rs1_x31 = (rv32_rs1 == 5'b11111);
    
72.    wire rv32_rs2_x31 = (rv32_rs2 == 5'b11111);
    
73.    wire rv32_rd_x31  = (rv32_rd  == 5'b11111);

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对32位指令和16位指令进行译码

1. //rv32 load指令，opcode是0000011,不同load指令通过func3区分
   
2. wire rv32_load     = opcode_6_5_00 & opcode_4_2_000 & opcode_1_0_11;
   
3. 
   
4. //rv32 store指令，opcode是0100011,不同store指令通过func3区分
   
5. wire rv32_store    = opcode_6_5_01 & opcode_4_2_000 & opcode_1_0_11;
   
6. 
   
7. //madd指令 opcode=1000011,乘加指令
   
8. 
   
9. //madd指令是浮点指令的一部分，fmadd.s, fmadd.d, fmadd.q,e203 不支持
   
10. // wire rv32_madd     = opcode_6_5_10 & opcode_4_2_000 & opcode_1_0_11;
    
11. 
    
12. //branch指令opcode=1100011, bxx指令jalr，jal操作码不同，单独判断
    
13. wire rv32_branch   = opcode_6_5_11 & opcode_4_2_000 & opcode_1_0_11;
    
14. 
    
15. //浮点数load指令，opcode=0000111,包括fsw,fsd,fsq
    
16. //wire rv32_load_fp  = opcode_6_5_00 & opcode_4_2_001 & opcode_1_0_11;
    
17. 
    
18. //浮点数store指令，opcode=0100111,包括flw,fld,flq
    
19. // wire rv32_store_fp = opcode_6_5_01 & opcode_4_2_001 & opcode_1_0_11;
    
20. 
    
21. //msub指令 opcode=1000111,乘减指令
    
22. //msub指令是浮点指令的一部分，fmsub.s, fmsub.d, fmsub.q
    
23. 
    
24. wire rv32_msub     = opcode_6_5_10 & opcode_4_2_001 & opcode_1_0_11;
    
25. 
    
26. //jalr指令的opcode=1100111
    
27. wire rv32_jalr     = opcode_6_5_11 & opcode_4_2_001 & opcode_1_0_11;
    
28. 
    
29. //opcode为0001011为第一类的定制指令，架构设计者可以实现自己定义的指令
    
30. //opcode为0101011为第二类的定制指令，还有第三和第四类的定制指令。
    
31. 
    
32. //wire rv32_custom0  = opcode_6_5_00 & opcode_4_2_010 & opcode_1_0_11;
    
33. //wire rv32_custom1  = opcode_6_5_01 & opcode_4_2_010 & opcode_1_0_11;
    
34. 
    
35. //nmsub指令opcode=1001011, 负乘减操作x[rd]=-rs1*rs2+rs3
    
36. //wire rv32_nmsub    = opcode_6_5_10 & opcode_4_2_010 & opcode_1_0_11;
    
37. 
    
38. //保留的指令，为了将来扩展用 opcode=1101011
    
39. //wire rv32_resved0  = opcode_6_5_11 & opcode_4_2_010 & opcode_1_0_11;
    
40. 
    
41. //存储器屏障指令, fence,fence.i, opcode=0001111
    
42. 
    
43. wire rv32_miscmem  = opcode_6_5_00 & opcode_4_2_011 & opcode_1_0_11;
    
44. 
    
45. //原子指令, opcode=0101111,不同的原子指令，通过func3和func7区分
    
46. `ifdef E203_SUPPORT_AMO//{
    
47. wire rv32_amo      = opcode_6_5_01 & opcode_4_2_011 & opcode_1_0_11;
    
48. `endif//E203_SUPPORT_AMO}
    
49. `ifndef E203_SUPPORT_AMO//{
    
50. wire rv32_amo      = 1'b0;
    
51. `endif//}
    
52. 
    
53. //nmadd指令是浮点指令的一部分，fnmadd.s, fnmadd.d, fnmadd.q
    
54. wire rv32_nmadd    = opcode_6_5_10 & opcode_4_2_011 & opcode_1_0_11;
    
55. 
    
56. //jal指令的opcode=1101111
    
57. wire rv32_jal      = opcode_6_5_11 & opcode_4_2_011 & opcode_1_0_11;
    
58. 
    
59. //i型的运算指令，opcode=0010011，比如addi
    
60. 
    
61. wire rv32_op_imm   = opcode_6_5_00 & opcode_4_2_100 & opcode_1_0_11;
    
62. 
    
63. //浮点R型的运算指令, opcode=1010011， 比如add
    
64. wire rv32_op       = opcode_6_5_01 & opcode_4_2_100 & opcode_1_0_11;
    
65. 
    
66. //R型的运算指令, opcode=0110011， 比如fadd.s
    
67. wire rv32_op_fp    = opcode_6_5_10 & opcode_4_2_100 & opcode_1_0_11;
    
68. 
    
69. //一些csr指令, opcode=1110011,比如csrrw
    
70. wire rv32_system   = opcode_6_5_11 & opcode_4_2_100 & opcode_1_0_11;
    
71. 
    
72. //auipc指令，opcode=0010111
    
73. 
    
74. wire rv32_auipc    = opcode_6_5_00 & opcode_4_2_101 & opcode_1_0_11;
    
75. 
    
76. //lui指令，opcode=0110111
    
77. wire rv32_lui      = opcode_6_5_01 & opcode_4_2_101 & opcode_1_0_11;
    
78. 
    
79. //第二、三类保留指令
    
80. // wire rv32_resved1  = opcode_6_5_10 & opcode_4_2_101 & opcode_1_0_11;
    
81. // wire rv32_resved2  = opcode_6_5_11 & opcode_4_2_101 & opcode_1_0_11;
    
82. 
    
83. //slliw,srliw,addiw, sraiw等指令的操作码，opcode=0011011，这些都是64位指令
    
84. 
    
85. //wire rv32_op_imm_32= opcode_6_5_00 & opcode_4_2_110 & opcode_1_0_11;
    
86. 
    
87. //addw,subw,…等64位算术运算指令
    
88. // wire rv32_op_32    = opcode_6_5_01 & opcode_4_2_110 & opcode_1_0_11;
    
89. 
    
90. //第三，四类定制指令
    
91. // wire rv32_custom2  = opcode_6_5_10 & opcode_4_2_110 & opcode_1_0_11;
    
92. // wire rv32_custom3  = opcode_6_5_11 & opcode_4_2_110 & opcode_1_0_11;

复制代码

1. //c.addispn, opcode=00, func3=000
   
2. 
   
3. wire rv16_addi4spn     = opcode_1_0_00 & rv16_func3_000;
   
4. 
   
5. //c.lw, opcode=00, func3=010
   
6. wire rv16_lw           = opcode_1_0_00 & rv16_func3_010;
   
7. 
   
8. //c.sw, opcode=00, func3=110
   
9. wire rv16_sw           = opcode_1_0_00 & rv16_func3_110;
   
10. 
    
11. //c.addi, opcode=01, func3=000
    
12. wire rv16_addi         = opcode_1_0_01 & rv16_func3_000;
    
13. 
    
14. //c.jal, opcode=01, func3=001
    
15. wire rv16_jal          = opcode_1_0_01 & rv16_func3_001;
    
16. 
    
17. //c.li, opcode=01, func3=010
    
18. wire rv16_li           = opcode_1_0_01 & rv16_func3_010;
    
19. 
    
20. //c.lui是对的，addi16sp还要判断11-7位是否是00010
    
21. wire rv16_lui_addi16sp = opcode_1_0_01 & rv16_func3_011;
    
22. 
    
23. //一些c.alu指令，比如c.sub等等，opcode=01, func3=100,不同的c.alu指令之间，通过[12-10][6-6]来区分
    
24. wire rv16_miscalu      = opcode_1_0_01 & rv16_func3_100;
    
25. 
    
26. //c.j指令，opcode=01, func3=101
    
27. wire rv16_j            = opcode_1_0_01 & rv16_func3_101
    
28. 
    
29. //c.beqz指令，opcode=01, func3=110
    
30. wire rv16_beqz         = opcode_1_0_01 & rv16_func3_110;
    
31. 
    
32. //c.bnez指令，opcode=01, func3=111
    
33. wire rv16_bnez         = opcode_1_0_01 & rv16_func3_111;
    
34. 
    
35. //c.slli指令，opcode=10, func3=000
    
36. wire rv16_slli         = opcode_1_0_10 & rv16_func3_000;
    
37. 
    
38. //c.lwsp指令，opcode=10, func3=010
    
39. wire rv16_lwsp         = opcode_1_0_10 & rv16_func3_010;
    
40. 
    
41. //c.jalr, c.add,c,mv  opcode=10, func3=100
    
42. wire rv16_jalr_mv_add  = opcode_1_0_10 & rv16_func3_100;
    
43. 
    
44. //c.swsp指令，opcode=01, func3=101
    
45. wire rv16_swsp         = opcode_1_0_10 & rv16_func3_110;
    
46. 
    
47. `ifndef E203_HAS_FPU//{
    
48. wire rv16_flw          = 1'b0;
    
49. wire rv16_fld          = 1'b0;
    
50. wire rv16_fsw          = 1'b0;
    
51. wire rv16_fsd          = 1'b0;
    
52. wire rv16_fldsp        = 1'b0;
    
53. wire rv16_flwsp        = 1'b0;
    
54. wire rv16_fsdsp        = 1'b0;
    
55. wire rv16_fswsp        = 1'b0;
    
56. `endif//}
    
57. 
    
58. //对c.lwsp,  rd不能为x0
    
59. 
    
60. wire rv16_lwsp_ilgl    = rv16_lwsp & rv16_rd_x0;//(RES, rd=0)
    
61. 
    
62. //c.nop指令
    
63. 
    
64. wire rv16_nop          = rv16_addi
    
65.                         & (~rv16_instr[12]) & (rv16_rd_x0) & (rv16_rs2_x0);
    
66. 
    
67. //一些c.alu指令
    
68. 
    
69. wire rv16_srli         = rv16_miscalu  & (rv16_instr[11:10] == 2'b00);
    
70. wire rv16_srai         = rv16_miscalu  & (rv16_instr[11:10] == 2'b01);
    
71. wire rv16_andi         = rv16_miscalu  & (rv16_instr[11:10] == 2'b10);
    
72. 
    
73. wire rv16_instr_12_is0   = (rv16_instr[12] == 1'b0);
    
74. wire rv16_instr_6_2_is0s = (rv16_instr[6:2] == 5'b0);
    
75. 
    
76. //对压缩移位指令的合法性判断
    
77. 
    
78. wire rv16_sxxi_shamt_legl =
    
79.                 rv16_instr_12_is0 //shamt[5] must be zero for RV32C
    
80.               & (~(rv16_instr_6_2_is0s)) //shamt[4:0] must be non-zero for RV32C
    
81.                 ;
    
82. wire rv16_sxxi_shamt_ilgl =  (rv16_slli | rv16_srli | rv16_srai) & (~rv16_sxxi_shamt_legl);
    
83. 
    
84. wire rv16_addi16sp     = rv16_lui_addi16sp & rv32_rd_x2;
    
85. wire rv16_lui          = rv16_lui_addi16sp & (~rv32_rd_x0) & (~rv32_rd_x2);
    
86. 
    
87. //C.LI is only valid when rd!=x0.
    
88. wire rv16_li_ilgl = rv16_li & (rv16_rd_x0);
    
89. //C.LUI is only valid when rd!=x0 or x2, and when the immediate is not equal to zero.
    
90. wire rv16_lui_ilgl = rv16_lui & (rv16_rd_x0 | rv16_rd_x2 | (rv16_instr_6_2_is0s & rv16_instr_12_is0));
    
91. 
    
92. wire rv16_li_lui_ilgl = rv16_li_ilgl | rv16_lui_ilgl;
    
93. 
    
94. wire rv16_addi4spn_ilgl = rv16_addi4spn & (rv16_instr_12_is0 & rv16_rd_x0 & opcode_6_5_00);//(RES, nzimm=0, bits[12:5])
    
95. wire rv16_addi16sp_ilgl = rv16_addi16sp & rv16_instr_12_is0 & rv16_instr_6_2_is0s; //(RES, nzimm=0, bits 12,6:2)
    
96. 
    
97. wire rv16_subxororand  = rv16_miscalu  & (rv16_instr[12:10] == 3'b011);//
    
98. wire rv16_sub          = rv16_subxororand & (rv16_instr[6:5] == 2'b00);//
    
99. wire rv16_xor          = rv16_subxororand & (rv16_instr[6:5] == 2'b01);//
    
100. wire rv16_or           = rv16_subxororand & (rv16_instr[6:5] == 2'b10);//
     
101. wire rv16_and          = rv16_subxororand & (rv16_instr[6:5] == 2'b11);//
     
102. 
     
103. wire rv16_jr           = rv16_jalr_mv_add //
     
104.                         & (~rv16_instr[12]) & (~rv16_rs1_x0) & (rv16_rs2_x0);// The RES rs1=0 illegal is already covered here
     
105. wire rv16_mv           = rv16_jalr_mv_add //
     
106.                         & (~rv16_instr[12]) & (~rv16_rd_x0) & (~rv16_rs2_x0);
     
107. wire rv16_ebreak       = rv16_jalr_mv_add //
     
108.                         & (rv16_instr[12]) & (rv16_rd_x0) & (rv16_rs2_x0);
     
109. wire rv16_jalr         = rv16_jalr_mv_add //
     
110.                         & (rv16_instr[12]) & (~rv16_rs1_x0) & (rv16_rs2_x0);
     
111. wire rv16_add          = rv16_jalr_mv_add //
     
112.                         & (rv16_instr[12]) & (~rv16_rd_x0) & (~rv16_rs2_x0);
     
113. 
     
114. 
     
115. 
     
116. 
     
117. 
     
118. // ===========================================================================
     
119. // Branch Instructions
     
120. wire rv32_beq      = rv32_branch & rv32_func3_000;
     
121. wire rv32_bne      = rv32_branch & rv32_func3_001;
     
122. wire rv32_blt      = rv32_branch & rv32_func3_100;
     
123. wire rv32_bgt      = rv32_branch & rv32_func3_101;
     
124. wire rv32_bltu     = rv32_branch & rv32_func3_110;
     
125. wire rv32_bgtu     = rv32_branch & rv32_func3_111;
     
126. 
     
127. // ===========================================================================
     
128. // System Instructions
     
129. wire rv32_ecall    = rv32_system & rv32_func3_000 & (rv32_instr[31:20] == 12'b0000_0000_0000);
     
130. wire rv32_ebreak   = rv32_system & rv32_func3_000 & (rv32_instr[31:20] == 12'b0000_0000_0001);
     
131. wire rv32_mret     = rv32_system & rv32_func3_000 & (rv32_instr[31:20] == 12'b0011_0000_0010);
     
132. wire rv32_dret     = rv32_system & rv32_func3_000 & (rv32_instr[31:20] == 12'b0111_1011_0010);
     
133. wire rv32_wfi      = rv32_system & rv32_func3_000 & (rv32_instr[31:20] == 12'b0001_0000_0101);
     
134. // We dont implement the WFI and MRET illegal exception when the rs and rd is not zeros
     
135. 
     
136. wire rv32_csrrw    = rv32_system & rv32_func3_001;
     
137. wire rv32_csrrs    = rv32_system & rv32_func3_010;
     
138. wire rv32_csrrc    = rv32_system & rv32_func3_011;
     
139. wire rv32_csrrwi   = rv32_system & rv32_func3_101;
     
140. wire rv32_csrrsi   = rv32_system & rv32_func3_110;
     
141. wire rv32_csrrci   = rv32_system & rv32_func3_111;
     
142. 
     
143. wire rv32_dret_ilgl = rv32_dret & (~dbg_mode);
     
144. 
     
145. wire rv32_ecall_ebreak_ret_wfi = rv32_system & rv32_func3_000;
     
146. wire rv32_csr          = rv32_system & (~rv32_func3_000);
     
147. 
     
148. 
     
149. // ============================================================

复制代码

1. //c.addispn, opcode=00, func3=000
   
2. wire rv16_addi4spn     = opcode_1_0_00 & rv16_func3_000;
   
3. 
   
4. //c.lw, opcode=00, func3=010
   
5. wire rv16_lw           = opcode_1_0_00 & rv16_func3_010;
   
6. 
   
7. //c.sw, opcode=00, func3=110
   
8. wire rv16_sw           = opcode_1_0_00 & rv16_func3_110;
   
9. 
   
10. //c.addi, opcode=01, func3=000
    
11. wire rv16_addi         = opcode_1_0_01 & rv16_func3_000;
    
12. 
    
13. //c.jal, opcode=01, func3=001
    
14. wire rv16_jal          = opcode_1_0_01 & rv16_func3_001;
    
15. 
    
16. //c.li, opcode=01, func3=010
    
17. wire rv16_li           = opcode_1_0_01 & rv16_func3_010;
    
18. 
    
19. //addi16sp还要判断11-7位是否是00010
    
20. wire rv16_lui_addi16sp = opcode_1_0_01 & rv16_func3_011;
    
21. 
    
22. //一些c.alu指令，比如c.sub等等，opcode=01, func3=100,不同的c.alu指令之间，通过[12-10][6-6]来区分
    
23. wire rv16_miscalu      = opcode_1_0_01 & rv16_func3_100;
    
24. 
    
25. //c.j指令，opcode=01, func3=101
    
26. wire rv16_j            = opcode_1_0_01 & rv16_func3_101
    
27. 
    
28. //c.beqz指令，opcode=01, func3=110
    
29. wire rv16_beqz         = opcode_1_0_01 & rv16_func3_110;
    
30. 
    
31. //c.bnez指令，opcode=01, func3=111
    
32. wire rv16_bnez         = opcode_1_0_01 & rv16_func3_111;
    
33. 
    
34. //c.slli指令，opcode=10, func3=000
    
35. wire rv16_slli         = opcode_1_0_10 & rv16_func3_000;
    
36. 
    
37. //c.lwsp指令，opcode=10, func3=010
    
38. wire rv16_lwsp         = opcode_1_0_10 & rv16_func3_010;
    
39. 
    
40. //c.jalr, c.add,c,mv  opcode=10, func3=100
    
41. wire rv16_jalr_mv_add  = opcode_1_0_10 & rv16_func3_100;
    
42. 
    
43. //c.swsp指令，opcode=01, func3=101
    
44. wire rv16_swsp         = opcode_1_0_10 & rv16_func3_110;
    
45. 
    
46. `ifndef E203_HAS_FPU//{
    
47. wire rv16_flw          = 1'b0;
    
48. wire rv16_fld          = 1'b0;
    
49. wire rv16_fsw          = 1'b0;
    
50. wire rv16_fsd          = 1'b0;
    
51. wire rv16_fldsp        = 1'b0;
    
52. wire rv16_flwsp        = 1'b0;
    
53. wire rv16_fsdsp        = 1'b0;
    
54. wire rv16_fswsp        = 1'b0;
    
55. `endif//}
    
56. 
    
57. //对c.lwsp,  rd不能为x0
    
58. 
    
59. wire rv16_lwsp_ilgl    = rv16_lwsp & rv16_rd_x0;//(RES, rd=0)
    
60. 
    
61. //c.nop指令,imm[6:2]位用rs2来代替，他们位置是相同的
    
62. 
    
63. wire rv16_nop          = rv16_addi
    
64.                         & (~rv16_instr[12]) & (rv16_rd_x0) & (rv16_rs2_x0);
    
65. 
    
66. //一些c.alu指令
    
67. 
    
68. wire rv16_srli         = rv16_miscalu  & (rv16_instr[11:10] == 2'b00);
    
69. wire rv16_srai         = rv16_miscalu  & (rv16_instr[11:10] == 2'b01);
    
70. wire rv16_andi         = rv16_miscalu  & (rv16_instr[11:10] == 2'b10);
    
71. 
    
72. wire rv16_instr_12_is0   = (rv16_instr[12] == 1'b0);
    
73. wire rv16_instr_6_2_is0s = (rv16_instr[6:2] == 5'b0);
    
74. 
    
75. //对压缩移位指令的合法性判断
    
76. 
    
77. wire rv16_sxxi_shamt_legl =
    
78.                 rv16_instr_12_is0 //shamt[5] must be zero for RV32C
    
79.               & (~(rv16_instr_6_2_is0s)) //shamt[4:0] must be non-zero for RV32C
    
80.                 ;
    
81. wire rv16_sxxi_shamt_ilgl =  (rv16_slli | rv16_srli | rv16_srai) & (~rv16_sxxi_shamt_legl);
    
82. 
    
83. wire rv16_addi16sp     = rv16_lui_addi16sp & rv32_rd_x2;
    
84. wire rv16_lui          = rv16_lui_addi16sp & (~rv32_rd_x0) & (~rv32_rd_x2);
    
85. 
    
86. //C.LI is only valid when rd!=x0.
    
87. wire rv16_li_ilgl = rv16_li & (rv16_rd_x0);
    
88. //C.LUI is only valid when rd!=x0 or x2, and when the immediate is not equal to zero.
    
89. wire rv16_lui_ilgl = rv16_lui & (rv16_rd_x0 | rv16_rd_x2 | (rv16_instr_6_2_is0s & rv16_instr_12_is0));
    
90. 
    
91. wire rv16_li_lui_ilgl = rv16_li_ilgl | rv16_lui_ilgl;
    
92. 
    
93. wire rv16_addi4spn_ilgl = rv16_addi4spn & (rv16_instr_12_is0 & rv16_rd_x0 & opcode_6_5_00);//(RES, nzimm=0, bits[12:5])
    
94. wire rv16_addi16sp_ilgl = rv16_addi16sp & rv16_instr_12_is0 & rv16_instr_6_2_is0s; //(RES, nzimm=0, bits 12,6:2)
    
95. 
    
96. wire rv16_subxororand  = rv16_miscalu  & (rv16_instr[12:10] == 3'b011);//
    
97. wire rv16_sub          = rv16_subxororand & (rv16_instr[6:5] == 2'b00);//
    
98. wire rv16_xor          = rv16_subxororand & (rv16_instr[6:5] == 2'b01);//
    
99. wire rv16_or           = rv16_subxororand & (rv16_instr[6:5] == 2'b10);//
    
100. wire rv16_and          = rv16_subxororand & (rv16_instr[6:5] == 2'b11);//
     
101. 
     
102. wire rv16_jr           = rv16_jalr_mv_add //
     
103.                         & (~rv16_instr[12]) & (~rv16_rs1_x0) & (rv16_rs2_x0);// The RES rs1=0 illegal is already covered here
     
104. wire rv16_mv           = rv16_jalr_mv_add //
     
105.                         & (~rv16_instr[12]) & (~rv16_rd_x0) & (~rv16_rs2_x0);
     
106. wire rv16_ebreak       = rv16_jalr_mv_add //
     
107.                         & (rv16_instr[12]) & (rv16_rd_x0) & (rv16_rs2_x0);
     
108. wire rv16_jalr         = rv16_jalr_mv_add //
     
109.                         & (rv16_instr[12]) & (~rv16_rs1_x0) & (rv16_rs2_x0);
     
110. wire rv16_add          = rv16_jalr_mv_add //
     
111.                         & (rv16_instr[12]) & (~rv16_rd_x0) & (~rv16_rs2_x0);

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32位系统指令，csr指令以及分支指令判断。

1. // ===========================================================================
   
2. // Branch Instructions
   
3. wire rv32_beq      = rv32_branch & rv32_func3_000;
   
4. wire rv32_bne      = rv32_branch & rv32_func3_001;
   
5. wire rv32_blt      = rv32_branch & rv32_func3_100;
   
6. wire rv32_bgt      = rv32_branch & rv32_func3_101;
   
7. wire rv32_bltu     = rv32_branch & rv32_func3_110;
   
8. wire rv32_bgtu     = rv32_branch & rv32_func3_111;
   
9. 
   
10. // ===========================================================================
    
11. // System Instructions
    
12. wire rv32_ecall    = rv32_system & rv32_func3_000 & (rv32_instr[31:20] == 12'b0000_0000_0000);
    
13. wire rv32_ebreak   = rv32_system & rv32_func3_000 & (rv32_instr[31:20] == 12'b0000_0000_0001);
    
14. wire rv32_mret     = rv32_system & rv32_func3_000 & (rv32_instr[31:20] == 12'b0011_0000_0010);
    
15. wire rv32_dret     = rv32_system & rv32_func3_000 & (rv32_instr[31:20] == 12'b0111_1011_0010);
    
16. wire rv32_wfi      = rv32_system & rv32_func3_000 & (rv32_instr[31:20] == 12'b0001_0000_0101);
    
17. // We dont implement the WFI and MRET illegal exception when the rs and rd is not zeros
    
18. 
    
19. wire rv32_csrrw    = rv32_system & rv32_func3_001;
    
20. wire rv32_csrrs    = rv32_system & rv32_func3_010;
    
21. wire rv32_csrrc    = rv32_system & rv32_func3_011;
    
22. wire rv32_csrrwi   = rv32_system & rv32_func3_101;
    
23. wire rv32_csrrsi   = rv32_system & rv32_func3_110;
    
24. wire rv32_csrrci   = rv32_system & rv32_func3_111;
    
25. 
    
26. //如果为debug模式，则忽视dret不合法的判断
    
27. wire rv32_dret_ilgl = rv32_dret & (~dbg_mode);
    
28. 
    
29. wire rv32_ecall_ebreak_ret_wfi = rv32_system & rv32_func3_000;
    
30. wire rv32_csr          = rv32_system & (~rv32_func3_000);
    
31. 
    
32. 
    
33. // ============================================================

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译码模块输入包括信息总线，信息总线中包含一个3位的grp信息，EXU单元会根据这个grp把解码后的信号派遣 （dispatch)到该单元进行后续的的处理。E203并不包括EAI和FPU单元，其它5个单元是ALU单元的子单元。不同的指令会在这些子单元中进行后续的执行操作。

跳转和系统指令被BJP单元处理，

下面代码生成BJP单元所需的信息总线(Info Bus)，BJP单元信息总线总共17位。每位表示的意思如下，其中，grp为010：

1. // The Branch and system group of instructions will be handled by BJP
   
2. 
   
3. assign dec_jal     = rv32_jal    | rv16_jal  | rv16_j;
   
4. assign dec_jalr    = rv32_jalr   | rv16_jalr | rv16_jr;
   
5. assign dec_bxx     = rv32_branch | rv16_beqz | rv16_bnez;
   
6. assign dec_bjp     = dec_jal | dec_jalr | dec_bxx;
   
7. 
   
8. 
   
9. wire rv32_fence  ;
   
10. wire rv32_fence_i;
    
11. wire rv32_fence_fencei;
    
12. 
    
13. //判定当前指令是否是bjp指令
    
14. wire bjp_op = dec_bjp | rv32_mret | (rv32_dret & (~rv32_dret_ilgl)) | rv32_fence_fencei;
    
15. 
    
16. //生成bjp信息总线信号
    
17. 
    
18. wire [`E203_DECINFO_BJP_WIDTH-1:0] bjp_info_bus;
    
19. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_GRP    ]    = `E203_DECINFO_GRP_BJP;
    
20. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_RV32   ]    = rv32;
    
21. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_JUMP ]  = dec_jal | dec_jalr;
    
22. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_BPRDT]  = i_prdt_taken;
    
23. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_BEQ  ]  = rv32_beq | rv16_beqz;
    
24. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_BNE  ]  = rv32_bne | rv16_bnez;
    
25. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_BLT  ]  = rv32_blt;
    
26. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_BGT  ]  = rv32_bgt ;
    
27. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_BLTU ]  = rv32_bltu;
    
28. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_BGTU ]  = rv32_bgtu;
    
29. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_BXX  ]  = dec_bxx;
    
30. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_MRET ]  = rv32_mret;
    
31. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_DRET ]  = rv32_dret;
    
32. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_FENCE ]  = rv32_fence;
    
33. assign bjp_info_bus[`E203_DECINFO_BJP_FENCEI]  = rv32_fence_i;

复制代码

完