extend the SEQ processor

1. 相關檔案: seq-full.hcl
2. 指令分析: 將指令 iaddl 和 leave 按照順序執行 CPU 的六個流程分解如下。

3. seq-ful.hcl 修改說明

• 在 instr_valid 新增 IIADDL 和 ILEAVE 讓指令有效。

bool instr_valid = icode in 
	{ INOP, IHALT, IRRMOVL, IIRMOVL, IRMMOVL, IMRMOVL,
	       IOPL, IJXX, ICALL, IRET, IPUSHL, IPOPL, IIADDL, ILEAVE };

• 在 need_regids 新增 IIADDL。leave 指令不需要暫存器引數。

bool need_regids =
	icode in { IRRMOVL, IOPL, IPUSHL, IPOPL, 
		     IIRMOVL, IRMMOVL, IMRMOVL, IIADDL };

• 在 need_valC 新增 IIADDL。leave 指令不需要常數引數。

bool need_valC =
	icode in { IIRMOVL, IRMMOVL, IMRMOVL, IJXX, ICALL, IIADDL };

• srcA 中,iaddl 指令無需設定,leave 指令設為 REBP。

int srcA = [
	icode in { IRRMOVL, IRMMOVL, IOPL, IPUSHL  } : rA;
	icode in { IPOPL, IRET } : RESP;
	icode in { ILEAVE } : REBP;
	1 : RNONE; # Don't need register
];

• srcB 中,iaddl 指令設為 rB,leave 指令設為 REBP。

int srcB = [
	icode in { IOPL, IRMMOVL, IMRMOVL, IIADDL  } : rB;
	icode in { IPUSHL, IPOPL, ICALL, IRET } : RESP;
	icode in { ILEAVE } : REBP;
	1 : RNONE;  # Don't need register
];

• dstE 中,iaddl 指令設為 rB,leave 指令設為 RESP。

int dstE = [
	icode in { IRRMOVL } && Cnd : rB;
	icode in { IIRMOVL, IOPL, IIADDL} : rB;
	icode in { IPUSHL, IPOPL, ICALL, IRET, ILEAVE } : RESP;
	1 : RNONE;  # Don't write any register
];

• dstM 中,iaddl 指令無需設定,leave 指令設為 REBP。

int dstM = [
	icode in { IMRMOVL, IPOPL } : rA;
	icode in { ILEAVE } : REBP;
	1 : RNONE;  # Don't write any register
];

• aluA 中,iaddl 指令設為 valC, leave 指令設為 4。

int aluA = [
	icode in { IRRMOVL, IOPL } : valA;
	icode in { IIRMOVL, IRMMOVL, IMRMOVL, IIADDL } : valC;
	icode in { ICALL, IPUSHL } : -4;
	icode in { IRET, IPOPL, ILEAVE } : 4;
	# Other instructions don't need ALU
];

• aluB 中,iaddl 指令和 leave 指令均設為 valB。

int aluB = [
	icode in { IRMMOVL, IMRMOVL, IOPL, ICALL, 
		      IPUSHL, IRET, IPOPL, IIADDL, ILEAVE } : valB;
	icode in { IRRMOVL, IIRMOVL } : 0;
	# Other instructions don't need ALU
];

• 在 set_cc 中新增 IIADDL,leave 指令不影響標誌位。

bool set_cc = icode in { IOPL, IIADDL };

• 在 mem_read 中新增 ILEAVE,iaddl 指令無需訪存。

bool mem_read = icode in { IMRMOVL, IPOPL, IRET, ILEAVE };

• mem_addr 中,leave 指令設為 valA,iaddl 指令無需設定。

int mem_addr = [
	icode in { IRMMOVL, IPUSHL, ICALL, IMRMOVL } : valE;
	icode in { IPOPL, IRET, ILEAVE } : valA;
	# Other instructions don't need address
];

extend the PIPE processor

1. 相關檔案: pipe-full.hcl
2. 指令分析: 與順序流水線類似,需要注意的是,leave 存在載入/使用冒險,故應該在 F 階插入 stall,D 階段插入 stall,E 階段插入 bubble。
3. seq-ful.hcl 修改說明

• 在 instr_valid 新增 IIADDL 和 ILEAVE 讓指令有效。

bool instr_valid = f_icode in 
	{ INOP, IHALT, IRRMOVL, IIRMOVL, IRMMOVL, IMRMOVL,
	  IOPL, IJXX, ICALL, IRET, IPUSHL, IPOPL, IIADDL, ILEAVE };

• 在 need_regids 新增 IIADDL。leave 指令不需要暫存器引數。

bool need_regids =
	f_icode in { IRRMOVL, IOPL, IPUSHL, IPOPL, 
		     IIRMOVL, IRMMOVL, IMRMOVL, IIADDL };

• 在 need_valC 新增 IIADDL。leave 指令不需要常數引數。

bool need_valC =
	f_icode in { IIRMOVL, IRMMOVL, IMRMOVL, IJXX, ICALL, IIADDL };

• d_srcA 中,iaddl 指令無需設定,leave 指令設為 REBP。

int d_srcA = [
	D_icode in { IRRMOVL, IRMMOVL, IOPL, IPUSHL } : D_rA;
	D_icode in { IPOPL, IRET } : RESP;
	D_icode in { ILEAVE } : REBP;
	1 : RNONE; # Don't need register
];

• d_srcB 中,iaddl 指令設為 rB,leave 指令設為 REBP。

int d_srcB = [
	D_icode in { IOPL, IRMMOVL, IMRMOVL, IIADDL } : D_rB;
	D_icode in { IPUSHL, IPOPL, ICALL, IRET } : RESP;
	D_icode in { ILEAVE } : REBP;
	1 : RNONE;  # Don't need register
];

• d_dstE 中,iaddl 指令設為 rB,leave 指令設為 RESP。

int d_dstE = [
	D_icode in { IRRMOVL, IIRMOVL, IOPL, IIADDL } : D_rB;
	D_icode in { IPUSHL, IPOPL, ICALL, IRET, ILEAVE } : RESP;
	1 : RNONE;  # Don't write any register
];

• d_dstM 中,iaddl 指令無需設定,leave 指令設為 REBP。

int d_dstM = [
	D_icode in { IMRMOVL, IPOPL } : D_rA;
	D_icode in { ILEAVE } : REBP;
	1 : RNONE;  # Don't write any register
];

• aluA 中,iaddl 指令設為 valC, leave 指令設為 4。

int aluA = [
	E_icode in { IRRMOVL, IOPL } : E_valA;
	E_icode in { IIRMOVL, IRMMOVL, IMRMOVL, IIADDL } : E_valC;
	E_icode in { ICALL, IPUSHL } : -4;
	E_icode in { IRET, IPOPL, ILEAVE } : 4;
	# Other instructions don't need ALU
];

• aluB 中,iaddl 指令和 leave 指令均設為 valB。

int aluB = [
	E_icode in { IRMMOVL, IMRMOVL, IOPL, ICALL, 
		     IPUSHL, IRET, IPOPL, IIADDL, ILEAVE } : E_valB;
	E_icode in { IRRMOVL, IIRMOVL } : 0;
	# Other instructions don't need ALU
];

• 在 set_cc 中新增 IIADDL,leave 指令不影響標誌位。

bool set_cc = E_icode in { IOPL, IIADDL } &&
	# State changes only during normal operation
	!m_stat in { SADR, SINS, SHLT } && !W_stat in { SADR, SINS, SHLT };

• mem_addr 中,leave 指令設為 valA,iaddl 指令無需設定。

int mem_addr = [
	M_icode in { IRMMOVL, IPUSHL, ICALL, IMRMOVL } : M_valE;
	M_icode in { IPOPL, IRET, ILEAVE } : M_valA;
	# Other instructions don't need address
];

• 在 mem_read 中新增 ILEAVE,iaddl 指令無需訪存。

bool mem_read = M_icode in { IMRMOVL, IPOPL, IRET, ILEAVE };

• 在 F_stall 的 E_icode 條件中新增 ILEAVE,iaddl 指令不存在載入/使用冒險。

bool F_stall =
	# Conditions for a load/use hazard
	E_icode in { IMRMOVL, IPOPL, ILEAVE } &&
	 E_dstM in { d_srcA, d_srcB } ||
	# Stalling at fetch while ret passes through pipeline
	IRET in { D_icode, E_icode, M_icode };

• 在 D_stall 的 E_icode 條件中新增 ILEAVE,iaddl 指令不存在載入/使用冒險。

bool D_stall = 
	# Conditions for a load/use hazard
	E_icode in { IMRMOVL, IPOPL, ILEAVE } &&
	 E_dstM in { d_srcA, d_srcB };

• 在 D_bullle 的 E_icode 條件中新增 ILEAVE,防止插入 D_bubble。iaddl 指令不存在
  載入/使用冒險。

bool D_bubble =
	# Mispredicted branch
	(E_icode == IJXX && !e_Cnd) ||
	# Stalling at fetch while ret passes through pipeline
	# but not condition for a load/use hazard
	!(E_icode in { IMRMOVL, IPOPL, ILEAVE } && E_dstM in { d_srcA, d_srcB }) &&
	  IRET in { D_icode, E_icode, M_icode };

• 在 E_bubble 的 E_icode 條件中新增 ILEAVE,iaddl 指令不存在載入/使用冒險。

bool E_bubble =
	# Mispredicted branch
	(E_icode == IJXX && !e_Cnd) ||
	# Conditions for a load/use hazard
	E_icode in { IMRMOVL, IPOPL, ILEAVE } &&
	 E_dstM in { d_srcA, d_srcB};