Tomasulo模拟器实验报告

2019/6/9 返回

设计思路

概述
- 按照要求设计了流水线，实现了3个加减法器，2个乘除法器，2个Load部件
- 实现了6个加减法保留站，3个乘除法保留站，3个Load Buffer
- 实现了32个浮点数寄存器，分别为F0到F31
硬件
- 见codes/tomasulo/hardware.py
- 实现基类HardWare，子类Adder、Multer、Loader，以及实例化规定数量的部件
保留站和Load Buffer
- 见codes/tomasulo/reservationstation.py
- 实现保留站基类RS，Load Buffer基类LoadBuffer，并实现ReservationStation类整合它们

流水线

见codes/tomasulo/tomasulo.py

实现类Tomasulo，其中：

Tomasulo.step(n)方法模拟流水线经过n个时间周期的过程，n默认为1

  while n > 0: #n个时间周期
      self.clock += 1

      #WRITEBACK
      for LB in self.RS.LB.values():
          ... #写回Load Buffer中运行结束的指令结果

      for ARS in self.RS.ARS.values():
          ... #写回加减法保留站中运行结束的指令结果

      for MRS in self.RS.MRS.values():
          ... #写回乘除法保留站中运行结束的指令结果

      #EXCUTE
      for LB in self.RS.LB.values():
          if LB.busy is True and LB.remain is not None:
              LB.remain -= 1 #剩余周期-1
              if LB.remain == 0: #当剩余周期为0，记录指令执行完毕的时间
                  if self.inst[LB.inst].ExecComp is None and self.inst[LB.inst].rs == LB.name:
                      self.inst[LB.inst].ExecComp = self.clock
                  Load[LB.FU].free() #释放Load部件资源

      for ARS in self.RS.ARS.values():
          ... #同理

      for MRS in self.RS.MRS.values():
          ... #同理

      #ISSUE
      if self.PC.status is None and self.PC.value < len(self.inst): #有指令需要发射
          inst = self.inst[self.PC.value]
          res = self.RS.busy(inst)
          if res is not None:
              if inst.Issue is None:
                  inst.Issue = self.clock #记录指令发射时间和发射指令的保留站名
                  if inst.op == Config.OP_LD:
                      inst.rs = self.RS.LB[res].name
                  elif inst.op == Config.OP_ADD or inst.op == Config.OP_SUB or inst.op == Config.OP_JUMP:
                      inst.rs = self.RS.ARS[res].name
                  elif inst.op == Config.OP_MUL or inst.op == Config.OP_DIV:
                      inst.rs = self.RS.MRS[res].name
                  else:
                      return

              if inst.op == Config.OP_LD: #指令发射
                  ...
              elif inst.op == Config.OP_ADD or inst.op == Config.OP_SUB:
                  ...
              elif inst.op == Config.OP_MUL or inst.op == Config.OP_DIV:
                  ...
              elif inst.op == Config.OP_JUMP:
                  ...
              else:
                  return
              if inst.op != Config.OP_JUMP:
                  self.PC.value += 1 #PC寄存器+1
          else:
              pass

      #EXCUTE HardWare
      ready = []
      for LB in self.RS.LB.values():
          if LB.busy is True and LB.FU is None: #硬件就绪时取出保留站中就绪的指令
              ready.append(LB)
      ready = sorted(ready, key=lambda x:x.inst) #按照指令的id排序
      loaderlist = []
      for loader in Load.values():
          if loader.status is None:
              loaderlist.append(loader)
      lenth = min(len(ready), len(loaderlist))
      for i in range(lenth):
          loader = loaderlist[i] #将就绪的指令发送到硬件执行
          LB = ready[i]
          loader.op =  self.inst[LB.inst].op
          loader.status = LB.name
          loader.vj = LB.im
          LB.remain = Config.TIME[loader.op]
          LB.FU = loader.name

      ready = []
      for ARS in self.RS.ARS.values():
          ... #同理

      ready = []
      for MRS in self.RS.MRS.values():
          ... #同理

      n -= 1

Tomasulo.reset()方法通过调用各个部件的free()方法来重置流水线
Tomasulo.insert_inst()方法输入指令

UI说明

界面
按钮
- 输入指令输入框输入指令，或者从文件导入
- 单步/多步执行单步调试或者输入需要执行的步数来调试
- 自动运行自动运行模拟器，每秒运行一步直到结束，期间自动运行按钮变为暂停按钮，其他按钮不可用
- 运行直到结束运行模拟器直到所有指令运行结束
  
  此时只有清除按钮可用，其他按钮不可用
- 清除清空记录，重置模拟器

部署运行

编译运行模拟器使用Python3.6编写，GUI采用PyQt5，编译运行需要先安装Python3.6以及PyQt5的相关库，命令行进入codes文件夹：
- 运行命令行界面 python run.py core
- 运行GUI python run.py 或 python run.py gui
运行Release版本：进入release/dist文件夹运行run.exe

测试

测试样例在codes/static/test文件夹中，其中test0.nel为test2.nel为官方测例，剩下的为自己编写的测例，均通过了测试
其中test3.nel和test4.nel是综合测试，test5.nel为JUMP测试，实现0到0x10的循环
测试结果均正确

Adil.Tomasulo

Tomasulo simulator.

Tomasulo模拟器实验报告

设计思路

UI说明

部署运行

测试

Tomasulo模拟器 实验报告

设计思路

UI说明

部署运行

测试

Tomasulo模拟器实验报告