Nios® Vプロセッサー・リファレンス・マニュアル

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ID 683632
日付 5/26/2023
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. 概要 2. Nios® V/mプロセッサー 3. Nios® V/gプロセッサー 4. Nios Vプロセッサー・リファレンス・マニュアルのアーカイブ 5. Nios® Vプロセッサー・リファレンス・マニュアルの改訂履歴
1. 概要 x
1.1. インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアのサポート
2. Nios® V/mプロセッサー x
2.1. プロセッサーのパフォーマンス・ベンチマーク 2.2. プロセッサーのパイプライン 2.3. プロセッサーのアーキテクチャー 2.4. プログラミング・モデル 2.5. コアの実装
2.3. プロセッサーのアーキテクチャー x
2.3.1. 汎用レジスターファイル 2.3.2. 算術論理演算装置 2.3.3. リセット信号とデバッグ信号 2.3.4. コントロール・ステータス・レジスター 2.3.5. 例外コントローラー 2.3.6. 割り込みコントローラー 2.3.7. メモリーおよびI/Oの構成 2.3.8. RISC-Vベースのデバッグモジュール
2.3.6. 割り込みコントローラー x
2.3.6.1. タイマーおよびソフトウェア割り込みモジュール
2.3.7. メモリーおよびI/Oの構成 x
2.3.7.1. 命令バスおよびデータバス 2.3.7.2. Address Map
2.3.7.1. 命令バスおよびデータバス x
2.3.7.1.1. 命令マネージャー・ポート 2.3.7.1.2. データ・マネージャー・ポート
2.3.8. RISC-Vベースのデバッグモジュール x
2.3.8.1. デバッグモード 2.3.8.2. デバッグモジュールからの停止 2.3.8.3. トリガー 2.3.8.4. デバッグモードの抽象コマンド 2.3.8.5. ハードウェア/ソフトウェア・インターフェイス
2.4. プログラミング・モデル x
2.4.1. 特権レベル 2.4.2. コントロール・ステータス・レジスター (CSR) のマッピング
2.4.1. 特権レベル x
2.4.1.1. マシンモード (Mモード) 2.4.1.2. デバッグモード (Dモード)
2.4.2. コントロール・ステータス・レジスター (CSR) のマッピング x
2.4.2.1. コントロール・ステータス・レジスターのフィールド
2.5. コアの実装 x
2.5.1. 命令セットのリファレンス
3. Nios® V/gプロセッサー x
3.1. プロセッサーのパフォーマンス・ベンチマーク 3.2. プロセッサーのパイプライン 3.3. プロセッサーのアーキテクチャー 3.4. プログラミング・モデル 3.5. コアの実装
3.3. プロセッサーのアーキテクチャー x
3.3.1. 汎用レジスターファイル 3.3.2. 算術論理演算装置 3.3.3. 乗除算ユニット 3.3.4. カスタム命令 3.3.5. リセット信号とデバッグ信号 3.3.6. コントロール・ステータス・レジスター 3.3.7. 例外コントローラー 3.3.8. 割り込みコントローラー 3.3.9. メモリーおよびI/Oの構成 3.3.10. RISC-Vベースのデバッグモジュール
3.3.8. 割り込みコントローラー x
3.3.8.1. タイマーおよびソフトウェア割り込みモジュール
3.3.9. メモリーおよびI/Oの構成 x
3.3.9.1. 命令バスおよびデータバス 3.3.9.2. アドレスマップ 3.3.9.3. キャッシュメモリー
3.3.9.1. 命令バスおよびデータバス x
3.3.9.1.1. 命令マネージャー・ポート 3.3.9.1.2. データ・マネージャー・ポート
3.3.9.3. キャッシュメモリー x
3.3.9.3.1. 命令キャッシュ 3.3.9.3.2. データキャッシュ 3.3.9.3.3. コンフィグレーション可能なキャッシュメモリー 3.3.9.3.4. キャッシュのバイパス (ペリフェラル領域) 3.3.9.3.5. キャッシュメモリーの効果的な使用
3.3.10. RISC-Vベースのデバッグモジュール x
3.3.10.1. デバッグモード 3.3.10.2. デバッグモジュールからの停止 3.3.10.3. トリガー 3.3.10.4. デバッグモードの抽象コマンド 3.3.10.5. ハードウェア/ソフトウェア・インターフェイス
3.4. プログラミング・モデル x
3.4.1. 特権レベル 3.4.2. コントロール・ステータス・レジスター (CSR) のマッピング
3.4.1. 特権レベル x
3.4.1.1. マシンモード (Mモード) 3.4.1.2. デバッグモード (Dモード)
3.4.2. コントロール・ステータス・レジスター (CSR) のマッピング x
3.4.2.1. コントロール・ステータス・レジスターのフィールド
3.5. コアの実装 x
3.5.1. 命令セットのリファレンス
1. 概要
2. Nios® V/mプロセッサー
3. Nios® V/gプロセッサー
4. Nios Vプロセッサー・リファレンス・マニュアルのアーカイブ
5. Nios® Vプロセッサー・リファレンス・マニュアルの改訂履歴

2.2. プロセッサーのパイプライン

Nios V/mプロセッサーでは、5ステージのパイプラインを採用しています。

表 6.  プロセッサーのパイプライン・ステージ
ステージ 指示的意味 機能
F 命令フェッチ
  • PC+4の計算
  • 次の命令フェッチ
  • レジスターファイル読み出しのプリデコード
D 命令デコード
  • 命令をデコードする
  • レジスターファイル読み出しデータが使用可能
  • 危険の解決とデータ転送
E 命令の実行
  • ALU演算
  • メモリーアドレス計算
  • 分岐解決
  • CSR読み出し/書き込み
M メモリー
  • メモリーとマルチサイクル動作
  • レジスターファイル書き込み
  • 分岐リダイレクト
W 書き戻し
  • 汎用レジスター値を提供することにより、データ依存関係の解決が容易になります。

Nios® V/mプロセッサーによる汎用レジスターファイルの実装には、M20Kメモリーブロックが使われます。プロセッサーでは、1処理サイクルかけてM20Kの位置からの読み出しを行います。つまり、Fステージでレジスターファイルの読み出しが開始され、汎用レジスター値はDステージで使用可能になります。

M20Kの位置への書き込みには2処理サイクルがかかります。したがって、Mステージで汎用レジスターへの書き込みが開始されます。解決すべき依存関係がある場合は、MステージからWステージにその値が繰り越されます。

コアによるデータの依存関係の解決は、Dステージで行われます。オペランドは、レジスターファイルの読み出しからEステージ、Mステージ、またはWステージに移動できます。

パイプラインがストールする理由:
  • データ依存性: ソースオペランドがDステージで使用できない場合、DステージとFステージの命令は、オペランドが使用可能になるまでストールします。このシナリオが発生する可能性があるのは、EステージまたはMステージのロード命令またはマルチサイクル命令のデスティネーション汎用レジスターがDステージの命令のソースである場合です。
  • リソースストール: メモリー動作またはマルチサイクルがMステージで保留中の場合、前のステージの命令は、Mステージで命令が完了するまでストールします。
レベル 2 の表題