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RISC-V指令集架构 处理器核流水线 微架构设计优化

共计 30 章节
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01
课程导入
RISC-V指令集架构概览 · 处理器核流水线基础 · 微架构优化的重要性
课程导入RISC-V
02
RISC-V基础指令集
RV32I/RV64I指令格式 · 整数指令 · 访存指令
RISC-V基础指令集
03
RISC-V扩展指令集
M扩展（乘除） · A扩展（原子操作） · F/D扩展（浮点）
RISC-V扩展指令集
04
流水线基础概念
流水线级划分 · 吞吐率与延迟 · 流水线寄存器
流水线基础概念流水线级划分
05
经典五级流水线
取指(IF) · 译码(ID) · 执行(EX)
经典五级流水线IF
06
数据冒险与转发
数据冒险类型（RAW/WAR/WAW… · 转发路径设计 · 停顿插入
数据冒险转发
07
控制冒险与分支处理
分支预测基础 · 静态预测 · 动态预测（BHT/BTB）
控制冒险分支处理
08
结构冒险与资源冲突
存储器端口冲突 · 寄存器堆读写冲突 · 多周期指令的资源占用
结构冒险资源冲突
09
流水线控制逻辑设计
冒险检测单元 · 转发单元 · 流水线寄存器控制信号
流水线控制逻辑设…冒险检测单元
10
RISC-V流水线实现案例
基于Verilog的简单五级流水线R… · 包括数据通路与控制信号
RISC-V流水线实现案例
11
微架构设计空间探索
流水线深度与级数权衡 · 超标量 · 乱序执行
微架构设计空间探…流水线深度
12
超标量处理器基础
多发射 · 指令窗口 · 调度算法
超标量处理器基础多发射
13
乱序执行引擎
ROB（重排序缓冲） · 物理寄存器堆 · 保留站
乱序执行引擎ROB
14
存储层次与流水线交互
Cache结构 · 命中率 · 缺失处理
存储层次流水线交互
15
TLB与虚拟内存支持
地址转换 · TLB结构 · 缺失处理
TLB虚拟内存支持
16
中断与异常处理
RISC-V异常与中断机制 · 精确异常 · 流水线中的异常处理流程
异常处理RISC-V
17
多核与缓存一致性
多核处理器流水线扩展 · 一致性协议（MSI/MESI） · 目录与监听
多核缓存一致性
18
功耗与能效优化
动态功耗 · 时钟门控 · 操作数隔离
功耗能效优化
19
时序分析与优化
关键路径识别 · 流水线平衡 · 寄存器重定时
时序分析优化
20
面积与复杂度优化
资源共享 · 逻辑简化 · 微架构权衡
面积复杂度优化
21
验证与测试方法
流水线功能验证 · 随机测试 · 形式化验证
验证测试方法
22
性能评估与基准测试
CPI · IPC · 加速比
性能评估基准测试
23
RISC-V工具链与仿真环境
GCC/LLVM · Spike · QEMU
RISC-V工具链
24
实战项目一
设计一个支持RV32I的五级流水线处… · 实现数据转发与分支预测 · 并通过测试程序
实战项目一RV32I
25
实战项目二
在流水线中加入M扩展和C扩展 · 处理多周期指令与压缩指令的流水线适配
实战项目二流水线
26
实战项目三
实现一个带有简单分支预测器（如BHT… · 并分析预测准确率对性能的影响
实战项目三BHT
27
实战项目四
优化流水线关键路径 · 通过重定时或逻辑优化提升时钟频率 · 并评估面积与功耗变化
实战项目四优化流水线关键路…
28
常见问题与调试技巧
流水线死锁 · 数据错误 · 时序违例
常见问题调试技巧
29
前沿趋势与进阶方向
RISC-V生态发展 · AI加速器微架构 · 可重构流水线
前沿趋势进阶方向
30
综合提升与课程总结
综合设计挑战 · 课程项目答辩 · 知识体系回顾
综合提升课程总结