从胡伟武教授的计算机体系结构课，看数字电路设计思路

实话实说，作为一个基础一般的国科大研究生，想要真正的从龙芯之父身上学到很多经验和思路，我自忖能力不足，本篇文章与其说是思路，不如说是一篇课堂笔记，如有错漏，还请指摘。

首先，数字电路的设计思路是“了解”：胡老师经常挂在嘴边的一句设计箴言是“上知天文，下知地理”，设计CPU，向上要了解跑在CPU上面的操作系统、编译器和应用程序，向下要考虑到设计模块、部件的电路和版图结构。只有理解了“天文地理”，才能精准的归纳出我们要设计的芯片或者模块的具体要求。

第二，在了解了待设计模块（或者CPU）的应用对象后，在设计本模块的功能时，采取“自顶向下、循序渐进、精准具体”的设计方式，胡老师在给我们讲述传统RISC五级静态流水线时，提出了十张图，这里面我摘两张，其中每一个模块，每一条线，乃至每一个字母，胡老师都能如数家珍一般说出其中的含义，我认为在我们进行某一个模块设计时，也应当学习这种精神，扒来一张图，里面有的部分不清楚，就开始按照图片内容进行设计，那必然是不好的。

第三，在进行某些功能的实现时，比如出现相关指令和指令冲突时（如RAW相关导致的冲突），如何实现流水线阻塞，有的朋友可能就会说，“发现了一条指令用到了前一条指令的运算结果，那么有RAW了，我们就把流水线停住，直到上一条指令WB阶段结束了以后，我们再译码执行”，对不对呢？完全没有错误，但是如果思考到这个阶段就开始写代码，我认为是远远不够的。

比如，CPU如何发现某一指令用到了尚未写回的数据？CPU发现了冲突的产生之后，又如何使流水线停下呢？

胡老师讲得十分详细：在指令译码（ID）阶段，对比被译码指令的源寄存器是不是流水线EX、MEM、WB过程中，尚未写回的目的寄存器，如果是，ID阶段的Instruction就要开始被阻塞了。那么知道这些够不够呢？还不够具体。

在判断阻塞阶段，胡老师又告诉我们，在五级流水线之间，有４层寄存器（作为缓存），其中保存着上一步操作没能用上的控制部分和目的寄存器（也就是dest部分），将后三个寄存器中的dest与IR缓存中两个RS1、RS2（操作数源寄存器）做对比，如果有一个相同，就有冲突产生。

在控制阻塞开始阶段，我们引出使能线到PC和IR，使其值保持不变，EX的输入寄存器也关闭使能，使后面进去的数据都为填充的bubble数据，这样就完成阻塞了。

总之，听了胡老师的课之后，我觉得我们以后设计数字电路的时候，也要效仿这种设计流程，即

1.搞清楚要设计的东西是什么;

2.绘制出模块的功能图，弄清楚每一个小结构的具体功能;

3.在实现某一个功能的时候，精确到bit;

这样才能避免模糊，在涉及到某一个部分时，大呼“天啊，这一步应该如何设计！啊，我的面积用光了，可我也没想到这部分要这么大啊！”

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