流水线架构¶

1. 概述¶

本项目采用经典的 5 级 RISC 流水线架构，实现 RV32IMC 指令集。

2. 流水线级¶

2.1 IF (Instruction Fetch) - 取指级¶

• 从 I-Cache 获取指令
• 程序计数器 (PC) 管理
• 分支预测 (简单静态预测)

2.2 ID (Instruction Decode) - 译码级¶

• 指令译码
• 寄存器文件读取
• 立即数生成
• 分支目标计算

2.3 EX (Execute) - 执行级¶

• ALU 运算
• 地址计算 (Load/Store)
• 比较运算 (Branch)

2.4 MEM (Memory) - 访存级¶

• 数据缓存访问
• Load 数据返回
• Store 数据写入

2.5 WB (Write Back) - 写回级¶

• 结果写回寄存器文件
• 异常处理

3. 流水线寄存器¶

4. 数据冒险处理¶

4.1 前递 (Forwarding)¶

• EX/MEM → EX 前递
• MEM/WB → EX 前递
• MEM/WB → ID 前递 (Load 停顿)

4.2 停顿 (Stall)¶

• Load-Use 冒险：插入 1 个停顿周期

5. 控制冒险处理¶

5.1 分支预测¶

• 静态预测：向后分支预测taken，向前分支预测 not-taken

5.2 分支延迟¶

• 分支误预测惩罚：2 个周期

6. 性能指标¶