CQU Dual Issue Machine

@So the delay slot will disappear, right?

@Chongqing University

@NSCSCC2022

Info

CDIM，CQU Dual Issue Machine，为双发射五级顺序流水线CPU，支持指令FIFO、分支预测、指令缓存和数据缓存、Store Buffer、两级TLB等特殊单元，以提升系统性能；CDIM还支持U-Boot引导程序，并基于该引导程序，成功运行uCore和Linux操作系统。

• 五级顺序流水线由取指（Instruction Fetch）、译码（Instruction Decode）、执行（Excute）、访存（Memory access），写回（Write Back）五个阶段组成。
• 双发射采用对称双发逻辑以充分保证双发率。
• 指令FIFO可以隔离取指阶段和后续阶段，以实现高效取指的作用。
• 分支预测采用静态分支预测单元以减少跳转带来流水线刷新数，利用PC低位记录跳转数据，利用传统2bit策略更新跳转数据的记录。
• 指令缓存和数据缓存均采用二路组相联和突发传输的设计，单路均为4KB以满足伪VIPT对虚拟内存最小页面的要求，其中指令缓存的数据行为64bit以适应双发取指要求，数据缓存的数据行为32bit。
• Store Buffer可缓存Uncached的写AXI请求，以降低写AXI带来的流水线阻塞数。
• 两级TLB可以减少映射地址翻译模式的时延和缺失率。

Branch

• master：主分支，8.16后的整理汇总
• doc：项目说明，统一.gitignore文件。
• lyq_axi：添加了需要的指令。
• cyy_dev：基于lyq_axi，系统测试开发。
• wzy_dev：基于cyy_dev，独立外设访问。
• dev_lw：基于lyq_axi优化了load to use的stall，同时将M的访存数据前推到D。
• dev_occupy：基于lyq_axi移除了fifo，并区分了F和D，利用occupy存放暂时无法双发的指令。
• dev_cache：基于dev_lw，只在E传递访存控制信号和数据，由D$自己流水生成M的信号，并在datapath的M阶段返回需要的数据；独立外设访问。
• dev_bp：基于dev_lw，添加局部分支预测。
• to be continued...

Todo

• 双发连接axi总线
• 分支预测
• 起操作系统
  • TLB
  • Cache对应的优化
• to be continued...

Reference

• 2019NSCSCC-Sirus：https://github.com/name1e5s/Sirius

• 2020NSCSCC-UltralMIPS: https://github.com/SocialistDalao/UltraMIPS_NSCSCCMIPS

• 自己动手写 CPU. 雷思磊

• 计算机组成与设计: 硬件/软件接口. David A.Patterson

• CPU设计实战. 汪文祥、邢金璋

• 超标量处理器设计. 姚永斌

Link

1. 展示视频

2. 答辩slides

3. 设计文档

4. CDIM-SoC

5. Verilator + CDIM 运行龙芯杯测试 / 启动 Linux 文档