第1步：規(guī)范

這些是我們要執(zhí)行的 Cache Controller 的主要規(guī)范設(shè)計(jì)：

直接映射。

單銀行阻止緩存。

“寫入”匹配的直通策略。

在寫未命中時(shí)不寫分配或在周圍寫策略。

無寫緩沖區(qū)或其他優(yōu)化。

標(biāo)記數(shù)組已合并。

此外，我們將設(shè)計(jì)一個(gè)緩存和一個(gè)主存儲(chǔ)系統(tǒng)

高速緩存的默認(rèn)（可配置）規(guī)格：

256字節(jié)單存儲(chǔ)高速緩存。

16個(gè)緩存行，每個(gè)緩存行（塊）= 16字節(jié)。

主內(nèi)存的規(guī)格：

同步讀/寫內(nèi)存。

多存儲(chǔ)區(qū)交錯(cuò)存儲(chǔ)-四個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。

每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)大小= 1 kB。因此，總大小= 4 kB。

具有10位地址總線的字（4字節(jié)）可尋址存儲(chǔ)器。

更高的讀取帶寬。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)讀取數(shù)據(jù)寬度= 16字節(jié)。

寫入數(shù)據(jù)寬度= 4字節(jié)。

注意：如果您正在尋找4路關(guān)聯(lián)高速緩存控制器設(shè)計(jì)，請檢查我的較新版本

步驟2：整個(gè)系統(tǒng)的RTL視圖

頂部模塊的完整RTL表示形式如圖所示（不包括處理器）?？偩€的默認(rèn)規(guī)格為：

所有數(shù)據(jù)總線均為32位總線。

地址總線= 32位總線（但是內(nèi)存在這里只能尋址10位）。

數(shù)據(jù)塊= 128位（用于讀取的寬帶寬總線）。

所有組件均由同一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。

步驟3：測試環(huán)境

頂部模塊是使用測試臺(tái)進(jìn)行測試，該測試臺(tái)僅對(duì)非流水線處理器進(jìn)行建模（因?yàn)樵O(shè)計(jì)整個(gè)處理器絕非易事！）。測試臺(tái)經(jīng)常向存儲(chǔ)器生成讀/寫數(shù)據(jù)請求。這模擬了處理器執(zhí)行的所有程序中常見的典型“加載”和“存儲(chǔ)”指令。測試結(jié)果成功驗(yàn)證了緩存控制器的功能。以下是觀察到的測試統(tǒng)計(jì)信息：

所有讀/寫未命中和命中信號(hào)均正確生成。

所有讀取/寫入數(shù)據(jù)操作均成功。

未檢測到數(shù)據(jù)不一致/不一致問題。

該設(shè)計(jì)已成功通過時(shí)序驗(yàn)證了Maxm。 Xilinx Virtex-4 ML-403板（整個(gè)系統(tǒng)）的工作時(shí)鐘頻率= 110 MHz，僅高速緩存控制器為195 MHz。

為主存儲(chǔ)器推斷出Block RAM。其他所有數(shù)組都在LUT上實(shí)現(xiàn)。

步驟4：附加文件

以下博客隨此文件附在此處：

.VHD文件。

測試平臺(tái)。

有關(guān)Cache Controller的文檔。

注意：

通讀該文檔以全面了解此處介紹的緩存控制器的規(guī)格。

代碼中的任何更改都依賴于其他模塊。因此，應(yīng)明智地進(jìn)行更改。注意我給的所有評(píng)論和標(biāo)題。

如果出于某種原因，無法為主內(nèi)存推斷出Block RAM，請減小內(nèi)存的大小，然后更改文件中的地址總線寬度，依此類推。這樣就可以在LUT或分布式RAM上實(shí)現(xiàn)相同的內(nèi)存。這樣可以節(jié)省路由時(shí)間和資源。或者，轉(zhuǎn)到特定的FPGA文檔，找到與Block RAM兼容的代碼，并相應(yīng)地編輯代碼，并使用相同的地址總線寬度規(guī)范。

責(zé)任編輯：wv