蜂鸟E203取指部分（IFU）架构解读

团队编号：CICC3348

团队名称：瀚海队

一、整体框架

蜂鸟E203的IFU由两部分组成：一部分负责地址判断和icb总线控制（e203_ifu_ift2icb.v），另一部分负责对指令的简单译码、分支预测（前不跳后跳）以及下一轮取指的PC生成（e203_ifu_ifetch.v）。

二、地址判断和icb总线控制

通过指令地址的高位来判断是从ITCM还是BIU取指，进而控制总线。我们的工作对从ITCM取指这个一部分做了优化，下面介绍蜂鸟E203的取指原理：

ITCM是64位宽的SRAM，每64位为一个lane。由于ITCM是由SRAM构成的，因此上次访问读过SRAM之后，SRAM的输出值会一直保存住（直到下次 SRAM 被再次读或者写过），称之为Hold-up 住。可以利用这一特性，避免反复取出数据。

给定一个地址（ifu2itcm_icb_cmd_addr），握手成功后可以返回64位的数据，但指令是32位或16位（压缩指令）的，因此对于ITCM返回的数据我们要取出32位（可能包含一条rv32 或一条rv16和高16位用不到的数据），保证其中至少有一条指令，再发送给ifetch。这32位指令可能有以下几种情况：
1、没有跨越lane的边界，可能位于lane的开始会中间32位；
2、跨越了lane的边界，比如前一个lane的[63:48]和下一个lane的[15:0]是一条指令。

针对以上情况，先考虑顺序取指：
1、如果ifu_req_pc[2:1]==2’b00，意味着这条指令和lane的开始的边界对齐。有个问题，这意味着需要新取一个lane吗？并不一定。可能上一次ifu_req_pc[2:1]==2’b11，但取完发现是16位指令，这种情况本次的lane已经访问过了，所以已经holdup住。
2、如果ifu_req_pc[2:1]==2’b01或2’b10，正常取指即可。
3、如果ifu_req_pc[2:1]==2’b11，这意味着跨越了边界，那么就要把地址（ifu2itcm_icb_cmd_addr）偏移到下一个lane，并把上一个lane未用完的数据存入leftover，这样当ITCM返回数据时就可以拼接起来。

再考虑跳转取指：
1、如跳转后的ifu_req_pc[2:1]==2’b11，这意味着再取32位数据就会跨越lane的边界，需要访问两个lane。且由于是跳转，前面的lane不一定访问过，这时就需要两个周期分别访问两个lane，再做拼接。
2、如跳转后的ifu_req_pc[2:1]是其他情况正常取指即可。