МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО - ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

1. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО - ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (государственный университет) Устройство управления вещественного канала в микропроцессорном ядре СнК МЦСТ – 4R Выполнил: Уткин С.Ф. Научный руководитель: Хлобыстов В.Т.

2. Основные функции устройства управления: • Анализ конфликтов по записи в FRF и FSR • Анализ готовности операндов для запускаемой команды • Анализ исключительных ситуаций • Формирование блокировок • Управление записью в FRF и FSR

3. Вещественный канал в микропроцессоре МЦСТ-R500

4. Обоснование необходимости новой схемы: Регистровый файл расширен Изменения при обработке команд загрузки новые исполнительные блоки VIS и MAC Дополнительных порт чтения регистрового файла Изменение длинны конвейера реализация точных прерываний Отсутствие очереди команд

5. События, возникающие во время работы: • Стадия E3: • - trap из MU для FLD/FST • - фаза записи результатов FLD в FRF • фаза записи в регистр FSR - по операциям LDFSR • результат операции FLD (hit) из DC доступен • следующей операции через байпас • закончена операция в устройстве FPA • атрибуты операции FDIV передаются на хранящий • регистр операции FDIV Стадия E4: -подключение результатов устройств к регистру W -закончена операция в устройстве FMUL, ее результат доступен следующей операции через байпас -результат операции FPA доступен следующей операции через байпас • Стадия D: • - Команда приходит из декодера • Анализ адресных зависимостей • Управление мультиплексорами операндов • - Чтение операндов из FRF D • Стадия E0: • в исполнительные устройства передаются операнды • и код операции • данные команды Store передается в INTc • формирование блокировок фазы E • в Intc(alu0) передается выбранный fcci и его значимость • для схемы анализа условий переходов и пересылок • Стадия E1: • результат анализа условий для пересылок передается • из Intc (alu0) в FPA Стадия E2: -все исполнительные устройства выдают сообщение о наличии прерывания на запущенной операции -результат операции FLD (hit) из DC - MISS операции LOAD/STORE Стадия W -фаза записи результатов операций в FRF, доступна следующей операции через байпас E0 E1 E2 E3 E4 W

6. Операции загрузки : - В ядре реализовано out-of-order выполнение команд load - Одновременно может обрабатывать до 4 команд загрузок. - Информация о командах и возможных конфликтах хранится в специальных scoreboarding регистрах. - Команда блочной загрузки прикреплено в первому scoreboarding регистру. На время выполнения команды блокируется выполнение других команд.

7. Блокировки в конвейере : Структурные конфликты Устройство FDIV частично конвейерное Разная длительность выполнения команд Один порт по записи для команд (второй порт записи в rf только для команд load) Конфликты по данным Сравнения адресов операндов с адресами запущенных команд в конвейере Ожидание записи в FSR после команды LDFSR Конфликты по управлению Длинный конвейер позволяет избежать конфликты управления

8. Ускоренная передача результата (bypass): • - на фазе D операнды считываются из RF или приходят по схемам • байпаса • на фазе E0 только по схемам байпаса • - байпас осуществляется с точностью до 32 разрядов

9. Плавающий канал в микропроцессоре МЦСТ- 4R

10. Результаты: Разработано rtl описание устройства управления плавающего канала Устройство протестировано с использованием функциональной модели системы команд и эталонной модели на SystemC Синтез устройства на библиотеке low power 90нм: Area -- 72 000 нм² Задержка -- 1.3нс