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RISC-V五级流水线处理器设计与功能仿真实战

共计 30 章节
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01
课程导学与RISC-V概览
课程目标 · 学习路径 · RISC-V指令集架构简介
RISC-V课程导学
02
数字逻辑基础回顾
组合逻辑与时序逻辑 · 触发器与寄存器 · 时钟与复位
数字逻辑基础回顾组合逻辑
03
Verilog硬件描述语言基础
模块化设计 · always块与assign语句 · 阻塞与非阻塞赋值
Verilog硬件描述语言基础
04
单周期RISC-V处理器设计（上）
指令集子集选取（RV32I） · 数据通路设计 · ALU设计
RISC-V单周期
05
单周期RISC-V处理器设计（下）
寄存器文件设计 · 控制单元设计 · 完整单周期处理器集成与仿真
RISC-V单周期
06
流水线概念与原理
流水线的基本思想 · 五级流水线划分（IF/ID/EX/M… · 流水线性能分析
流水线概念原理
07
五级流水线数据通路设计
IF阶段（指令取指） · ID阶段（指令译码与读寄存器） · EX阶段（执行与地址计算）
五级流水线数据通…IF
08
五级流水线数据通路设计（续）
MEM阶段（数据存储器访问） · WB阶段（写回寄存器） · 流水线寄存器设计
五级流水线数据通…MEM
09
流水线冒险之结构冒险
结构冒险的产生原因 · 常见的结构冒险场景 · 解决方案（哈佛结构
流水线冒险之结构…结构冒险的产生原…
10
流水线冒险之数据冒险（上）
数据冒险的产生原因 · RAW/WAR/WAW依赖分析 · 数据前递（Forwarding）技术
流水线冒险之数据…数据冒险的产生原…
11
流水线冒险之数据冒险（下）
数据前递单元设计 · 加载-使用（Load-Use）冒险与… · 代码示例与仿真
流水线冒险之数据…数据前递单元设计
12
流水线冒险之控制冒险
分支指令带来的控制冒险 · 分支预测基础（静态预测） · 分支预测失败时的冲刷（Flush）机…
流水线冒险之控制…分支指令带来的控…
13
流水线冒险综合处理
冒险检测单元设计 · 前递与停顿协同工作 · 控制冒险与数据冒险的联合仿真
流水线冒险综合处…冒险检测单元设计
14
RISC-V指令集详解（RV32I）
R-type · I-type · S-type
RISC-VRV32I
15
RISC-V指令集详解（续）
算术运算指令 · 逻辑运算指令 · 移位指令
RISC-V指令集详解
16
RISC-V指令集详解（续）
加载与存储指令 · CSR指令（简介） · ECALL/EBREAK指令
RISC-V指令集详解
17
处理器控制单元设计
主控制器设计 · ALU控制器设计 · 分支控制器设计
处理器控制单元设…主控制器设计
18
处理器数据通路与控制单元集成
数据通路与控制信号连接 · 流水线控制信号传递 · 集成仿真验证
处理器数据通路控制单元集成
19
存储层次与Cache基础
存储层次结构 · Cache基本原理（直接映射 · 组相联
Cache存储层次
20
指令Cache设计
指令Cache的接口与实现 · Cache命中/未命中处理 · 与IF阶段的集成
Cache指令
21
数据Cache设计
数据Cache的接口与实现 · 写策略（写直达/写回） · 与MEM阶段的集成
Cache数据
22
异常与中断处理
RISC-V异常与中断机制 · 异常处理流程 · CSR寄存器（mtvec/mepc/…
异常断处理
23
异常与中断在流水线中的实现
异常检测与传递 · 精确异常模型 · 流水线冲刷与恢复
异常流水线
24
多周期指令与流水线扩展
乘法/除法指令（M扩展） · 多周期指令对流水线的影响 · 流水线停顿扩展
多周期指令流水线扩展
25
高级分支预测技术
两位饱和计数器 · 分支历史表（BHT） · 分支目标缓冲器（BTB）
高级分支预测技术两位饱
26
乱序执行与Tomasulo算法简介
乱序执行概念 · Tomasulo算法核心思想 · 保留站与CDB
Tomasulo乱序执行
27
RISC-V工具链与仿真环境
GCC交叉编译器 · RISC-V汇编与链接 · Verilator仿真环境搭建
RISC-V工具链
28
功能仿真与调试实战
编写RISC-V测试程序 · 使用Verilator进行仿真 · 波形分析与调试技巧
功能仿真调试实战
29
处理器性能评估与优化
CPI/IPC计算 · 关键路径分析 · 流水线深度与频率权衡
处理器性能评估优化
30
课程总结与进阶方向
课程回顾 · 开源RISC-V处理器项目介绍（Ro… · 未来学习路径
课程总结进阶方向