🔧 RISC-V高级处理器设计
40课从特权架构到完整流水线CPU — 每课Verilog代码 + Verilator验证
🏛️ 特权架构 (L01-06)
01 特权级架构
M/S/U三级模式与切换机制
🏆 M/S/U三级切换正确✅ Verilator验证
进入课程 →02 CSR寄存器
控制状态寄存器读写
🏆 CSR读写操作验证✅ Verilator验证
进入课程 →03 环境调用
ECALL从U→M请求服务
🏆 ecall从U→M正确✅ Verilator验证
进入课程 →04 MRET返回
从机器模式返回低特权级
🏆 mret从M→U正确✅ Verilator验证
进入课程 →05 陷阱机制
异常入口跳转与上下文保存
🏆 异常入口跳转正确✅ Verilator验证
进入课程 →06 中断处理
优先级排序与中断响应
🏆 中断优先级排序正确✅ Verilator验证
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📡 中断控制器 (L07-08)
07 PLIC中断控制器
多源中断优先级路由
🏆 中断优先级+路由正确✅ Verilator验证
进入课程 →08 CLINT定时器
机器定时器中断与软件中断
🏆 定时器中断触发正确✅ Verilator验证
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💾 内存系统 (L09-12)
09 SV39虚拟内存
三级页表虚拟地址翻译
🏆 三级页表翻译正确✅ Verilator验证
进入课程 →10 TLB
地址翻译缓存：命中/未命中
🏆 TLB命中/未命中正确✅ Verilator验证
进入课程 →11 直接映射Cache
最简单的Cache设计
🏆 命中率计算正确✅ Verilator验证
进入课程 →12 组相联Cache
4路组相联 + LRU替换
🏆 LRU替换正确✅ Verilator验证
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🔢 算术单元 (L13-14)
13 Booth乘法器
Radix-4 Booth编码补码乘法
🏆 补码乘法正确✅ Verilator验证
进入课程 →14 除法器
恢复余数除法算法
🏆 恢复余数除法正确✅ Verilator验证
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⚡ 乱序执行 (L15-19)
15 乱序执行
OoO核心：Dispatch→Execute→Commit
🏆 指令乱序但结果正确✅ Verilator验证
进入课程 →16 重排序缓冲
ROB：按序提交的保证
🏆 ROB正确提交✅ Verilator验证
进入课程 →17 寄存器重命名
消除WAW/WAR假依赖
🏆 WAW/WAR冒险消除✅ Verilator验证
进入课程 →18 记分牌
结构/数据冒险检测
🏆 结构/数据冒险检测✅ Verilator验证
进入课程 →19 Tomasulo算法
保留站+公共数据总线
🏆 保留站+CDB✅ Verilator验证
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🎯 分支预测 (L20-21)
20 2位预测器
饱和计数器分支预测
🏆 预测准确率>85%✅ Verilator验证
进入课程 →21 BTB
分支目标缓存
🏆 分支目标缓存命中✅ Verilator验证
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📦 RISC-V扩展 (L22-26)
22 RVC压缩指令
16位指令编码与解码
🏆 16位指令解码正确✅ Verilator验证
进入课程 →23 RVM乘除
M扩展：MUL/DIV/REM
🏆 M扩展指令仿真通过✅ Verilator验证
进入课程 →24 RVA原子
LR/SC原子操作
🏆 LR/SC原子操作正确✅ Verilator验证
进入课程 →25 RVF浮点
F扩展：单精度浮点
🏆 F扩展浮点加减正确✅ Verilator验证
进入课程 →26 RVD双精度
D扩展：双精度浮点
🏆 双精度运算正确✅ Verilator验证
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🏗️ 系统集成 (L27-30)
27 PMP
物理内存保护
🏆 区域权限检查正确✅ Verilator验证
进入课程 →28 指令解码器
RV32IMAFD全解码
🏆 RV32IMAFD全解码✅ Verilator验证
进入课程 →29 SoC集成
CPU+UART+RAM系统
🏆 CPU+UART+RAM集成✅ Verilator验证
进入课程 →30 启动流程
从Reset到Main
🏆 从reset向量启动到main✅ Verilator验证
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🚀 流水线深度优化 (L31-35) NEW
31 超标量
双发射顺序流水线
🆕 NEW🏆 双发射指令正确✅ Verilator验证
进入课程 →32 多端口寄存器堆
2R1W+2R1W并发访问
🆕 NEW🏆 2R1W+2R1W并发正确✅ Verilator验证
进入课程 →33 数据前递
RAW冒险零停顿旁路
🆕 NEW🏆 RAW冒险无停顿解决✅ Verilator验证
进入课程 →34 Load-Use冒险
检测+1周期停顿
🆕 NEW🏆 检测+1周期停顿✅ Verilator验证
进入课程 →35 流水线异常
精确异常处理
🆕 NEW🏆 精确异常处理✅ Verilator验证
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💾 Cache系统 (L36-38) NEW
36 指令Cache
4路组相联ICache
🆕 NEW🏆 取指命中率>90%✅ Verilator验证
进入课程 →37 数据Cache
写回+写分配DCache
🆕 NEW🏆 写回+写分配正确✅ Verilator验证
进入课程 →38 Cache一致性
MESI协议多核一致性
🆕 NEW🏆 MESI协议验证✅ Verilator验证
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🎓 毕业项目 (L39-40) NEW
39 性能计数器
CPI/分支命中率测量
🆕 NEW🏆 CPI/分支命中率测量✅ Verilator验证
进入课程 →40 毕业项目：完整CPU
5级流水线RV32I跑fib(10)=55
🆕 NEW🏆 流水线CPU跑fib(10)=55✅ Verilator验证
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