9. ROB

Reorder Buffer

Tomasulo算法的核心元件，存储正在乱序执行中的指令。

9.1. 指令发射

ROB需要从Dispatcher获知指令的内容以及依赖关系（ROB本身不计算指令的依赖关系）。 同时，ROB允许Dispatcher查询自己的内容以提供给RS。

一种可能的情况是指令不需要FU（例如不需要重发射的情形，或者指令本身会导致异常）：此时应当正确设置ROB中的ValueReady和RenameBuffer中的Cached项。

9.2. CDB

ROB需要从保留站接收计算结果，并且填入到ROB的表项中，同时记录ROB计算已经结束。 特别地，对于Branch和Jump指令，计算单元会返回分支预测是否错误以及新的PC。

9.3. PNR (Point of No Return)

绝大多数指令在提交之前是无害的，但是有一些指令除外：

  • 对I/O区域的读操作以及原子操作。
  • 对CSR的写操作和“原子操作”会提前被完成。

我们规定，这些操作在提交时不能触发中断。

9.4. 指令提交

不同的指令会带来不同的指令提交行为，指令提交可能会触发异常、中断，或者分支预测失败等。

  • Branch指令待提交时，需要判断分支地址与预测结果是否一致；若不一致，需要清空ROB并跳转到正确地址。
  • Jump指令待提交时，需要判断跳转地址与预测结果时候一致；若不一致，需要清空ROB并跳转到正确地址。
  • 浮点指令待提交时，需要将浮点异常写入浮点异常CSR。
  • 发生异常的指令需要抛出异常。
  • 没有越过PNR的指令提交时可以触发一个中断。
  • store指令需要在DCache/IO Buffer就绪后才能提交，并且会写入DCache或者写入IO Buffer。
  • fence.I指令提交时，需要写回DCache。
  • sfence.vma提交时，需要写回DCache并清空部分TLB。

警告

所有的Fence都尚未实现：使用缓存一致性协议代替Cache写回操作以提高效率？

  • Load指令待提交时，需要检查Load Speculation是否正确；不正确的话，向外发送重发射开始信号，并从下个周期开始重发射流程。

9.5. 重发射

警告

读取预测和重发射尚未被实现。

ROB负责指令重发射的调度。当ROB发现即将提交的Load Speculation失败时，下一周期开始ROB会进入重发射状态。

  • ROB会自Load指令开始，将指令发射给Dispatcher。
    假如某条指令不需要重新发射（和Load没有数据依赖关系），那么其ROB表项（除了Mask）不会发生变化；否则，其ROB表项会在重发射时被重置。
  • 对于不需要重新发射的指令，ROB会发出信号阻止RS接受指令，同时会阻止LQ/SQ清空原有数据。