基于32位超标量处理器的保留站设计

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1、总第15卷171期大众科技Vol.15No.112013年11月PopularScience&TechnologyNovember2013基于32位超标量处理器的保留站设计翟召岳（同济大学电子与信息工程学院，上海201804）【摘要】该保留站根据超标量处理器中寄存器重命名的原理,将从数据寄存器或ALU单元送来的数据临时存储在保留站的数据位，当两个数据位的数据都准备好时，则发射存储在保留站中的指令给ALU单元进行运算。文章的设计中，增加了从ALU单元接受数据的结构，使保留站可以判断数据的来源，以及是否使用ALU单元送来的数据。当ALU单元运算完成时，数据可以在下一个

2、时钟周期前送至对应的保留站。与从重排序缓存（ROB）中读取数据相比较，这将减少保留站获取数据的时间。【关键词】保留站；ALU；超标量；多发射【中图分类号】TP311【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2013)11-0003-02Reservationstationdesignbasedon32bitssuperscalarprocessorsAbstract:ThereservationstationwilltemporarilystorethedatasentbydataregisterortheALUunitaccordingtosupersca

3、larprocessorregisterrenamingprinciple.Whenthedataintwodatabitsisready,theinstructionsstoredinreservationstationwillbesenttoALUunittocalculate.Inthisdesign,astructureisaddedtoreceivedatafromALUunit.ItcanjudgethesourceofthedataandwhetherthedatasentbyALUunitwillbeused.WhentheALUunitopera

4、tioniscomplete,thedatacanbesenttocorrespondingreservationstationbeforethenextclockcycle.Comparedtoreaddatafromthereorderingbuffer(ROB),thiswillreducethetimethatreservationstationneedtogetthedata.Keywords:reservationstation;ALU;superscalar1引言实现进行探讨。双发射处理器即每个时钟周期发射两条指令。本文设计在多发射处理器中，为了提高

5、对后续指令的处理速度，的双发射处理器采用tomasulo算法与重排序缓存(ROB)，引入了保留站，保留站将起到暂存数据的作用，当数据准备tomasulo算法相比记分牌算法具有两个优势：（1）指令不会好时则发送至下一级的ALU单元。本文设计了一种保留站，因为WAR或WAW的数据相关而产生停顿；（2）由于保留站采在该保留站中增加了从ALU单元接受数据的结构，可以判断用分布式，相对于记分牌的集中式，运算单元计算的数据可以同所需的数据是否从ALU单元中送来。该保留站使用Verilog[2]时送至各保留站。Tomasulo算法中的保留站格式如表1：HDL进行了RTL级的描述

6、，并用ModelSim进行了仿真，通过XilinxISE的综合工具来看，速度最高可达203.603MHz。考表1保留站格式虑到采用的XXX模型以及FPGA仿真版中LUT单元数量对布局OpQjQkVjVkABusy布线的限制，则实际速度应会更快。2寄存器重命名原理在保留站中的应用其中op表示操作码；Qj与Qk表示产生源操作数的保留站，若为0，则说明源操作数在Vj或Vk中已准备好；Vj与在多发射处理器中，为发挥其指令执行的并行性的优势，Vk表示源操作数的值或保存偏移量字段；A为计算load指令应在一个时钟周期中尽可能的发射多条指令。为实现指令的和store指令的存储器

7、地址保存信息；Busy表示保留站及其多发射，需要在指令的发射阶段检测发射的多条指令是否有相关功能单元已被占用。在本设计中，所有指令将沿用该结数据相关产生。如有WAR(读后写)或WAW(写后写)的数据相关构，对于写数据(sw)这条指令，由于其操作数与执行的特殊[1]产生，则可用寄存器重命名的方法解决。在本文中，将就双性将会在沿用该结构的基础上做适当改进。发射处理器中发射阶段中寄存器重命名技术及发射端的硬件在将指令发射进入保留站前，处理器将会检测发射指令【收稿日期】2013-10-21【作者简介】翟召岳（1988－），男，山东人，供职于同济大学电子与信息工程学院电子科

8、学技术系，