模块功能说明

功能1：store指令请求入队

1. StoreQueue 每次最多会有 2 个 entry 入队，通过入队指针 enqPtrExt 控制。在 dispatch 阶段最多可以分配2个 entry，指针每次右移 1 位或 2 位。

2. 通过比较入队指针 enqPtrExt 和出队指针 deqPtrExt 得出已经在队列中有效 entry。只有空闲的 entry 大于需要请求入队的指令时才会分配 entry 入队。

3. 入队时设置 entry 的状态位 allocated 为 true，其他状态位都为 false。

功能2：指令的出队

1. StoreQueue 每次最多会有2个 entry 出队释放，通过输出指针 deqPtrExt 控制，每次指针右移一位或 2 位。

2. STQ 出队的触发信号是isbuffer(i).fire延后一拍的信号，因为 sbuffer 的写动作要用 2 拍完成，在 sbuffer 写完成之前 entry 不释放可以继续 forward 数据。

功能3：从store的地址流水线写回结果

store 的地址从保留站发出来后会经过 StoreUnit 流水线，通过lsq/lsq_replenish总线接口在S1/S2把地址信息更新到store queue 中：

1. 在store流水线s1阶段，获得 DTLB hit/miss 的信息, 以及指令的虚拟地址vaddr和物理地址paddr

2. 在store流水线s2阶段，获得 mmio/pmp 信息，以及是否是mmio地址空间操作等信息

功能4：接收 store 的数据到STQ 的Datamodule

store 的数据是从与地址不同的保留站发出来的后经过StdExeUnit流水线，通过storeDataIn接口在S0/S1把数据写到对应的entry的datamodule里:

1. S0：给datamodule发写请求

2. S1：写入数据到datamodule同时更新 entry 的datavalid属性为True，接收 store 的mask到STQ 的Datamodule

store 的地址从保留站发出来之后会经过StoreUnit流水线，s0_mask_out在S0把地址中的mask信息更新到对应entry的datamodule里。

功能5：为 load 提供 forward 查询

1. load 需要查询 store queue 来找到在它之前相同地址的与它最近的那个 store 的数据。
   • 查询总线(io.forwrd.sqIdx) 和 StoreQueue 的出栈指针比较，找出所有比 load 指令老的 storeQueue 中的 entry。以 flag 相同或不同分为2种情况：

(1)same flag-> older Store范围是 (tail, sqIdx)，如图3(a)所示

(2)different flags-> older Store范围是(tail, VirtualLoadQueueSize) +(0, sqIdx)，如图3(b)所示

图3：StoreQueue前递范围生成

2. 查询总线用va 和pa同时查询，如果发现物理地址匹配但是虚拟地址不匹配；或者虚拟地址匹配但是物理地址不匹配的情况就需要将那条 load 设置为 replayInst，等 load 到 ROB head 后replay。

3. 如果只发现一笔 entry 匹配且数据准备好，则直接 forward

4. 如果只发现一笔 entry 匹配且数据没有准备好，就需要让保留站负责重发

5. 如果发现多笔匹配，则选择最老的一笔 store forward，StoreQueue以1字节为单位，采用树形数据选择逻辑,如图4

图4：StoreQueue前递数据选择

6. store 指令能被 load forward的条件：

   • allocated：这条 store 还在 store queue 内，还没有写到 sbuffer
   • datavalid：这条 store 的数据已经就绪
   • addrvalid：这条 store 已经完成了虚实地址转换，得到了物理地址

7. SSID (Store-Set-ID) 标记了之前 load 预测执行失败历史信息，如果当前 load 命中之前历史中的SSID，会等之前所有 older 的 store 都执行完；如果没有命中就只会等pa相同的 older Store 执行完成。

功能6：MMIO与NonCacheable Store指令

• MMIO Store指令执行:

1. MMIO 空间的 store 也只能等它到达 ROB 的 head 时才能执行，但是跟 load 稍微有些不同，store 到达 ROB 的 head 时，它不一定位于 store queue 的尾部，有可能有的 store 已经提交，但是还在 store queue 中没有写入到 sbuffer，需要等待这些 store 写到 sbuffer 之后，才能让这条 MMIO 的 store 去执行。

2. 利用一个状态机去控制MMIO的store执行

   • s_idle：空闲状态，接收到MMIO的store请求后进入到s_req状态;

   • s_req：给MMIO通道发请求，请求被MMIO通道接受后进入s_resp状态;

   • s_resp：MMIO通道返回响应，接收后记录是否产生异常，并进入到 s_wb 状态

   • s_wb：将结果转化为内部信号，写回给 ROB，成功后,如果有异常，则进入s_idle, 否则进入到 s_wait 状态

   • s_wait：等待 ROB 将这条 store 指令提交，提交后重新回到 s_idle 状态

• NonCacheable Store指令执行：

1. NonCacheable空间的store指令，需要等待上一个NonCacheable Store指令提交之后，才能从StoreQueue按序发送请求

2. 利用一个状态机去控制NonCacheable的store执行

   • nc_idle：空闲状态，接收到NonCacheable的store请求后进入到nc_req状态;

   • nc_req：给NonCacheable通道发请求，请求被NonCachable通道接受后, 如果启用uncacheOutstanding功能，则进入nc_idle，否则进入nc_resp状态;

   • nc_resp：接受NonCacheable通道返回响应，并进入到nc_idle状态

功能7：store指令提交以及写入SBuffer

StoreQueue采用提前提交的方式进行提交。

• 提前提交规则:

1. 检查进入提交阶段的条件

   (1)指令有效。

   (2)指令的ROB对头指针不超过待提交指针。

   (3)指令不需要取消。

   (4)指令不等待Store操作完成，或者是向量指令

2. 如果是CommitGroup的第一条指令, 则

   (1)检查MMIO状态: 没有MMIO操作或者有MMIO操作并且MMIO store以及提交。

   (2)如果是向量指令，需满足vecMbCommit条件。

3. 如果不是CommitGroup的第一条指令，则：

   (1)提交状态依赖于前一条指令的提交状态。

   (2)如果是向量指令，需满足vecMbCommit条件。

提交之后可以按顺序写到 sbuffer, 先将这些 store 写到 dataBuffer 中，dataBuffer 是一个两项的缓冲区（0，1通道），用来处理从大项数 store queue 中的读出延迟。只有0通道可以编写未对齐的指令,同时为了简化设计，即使两个端口出现异常，但仍然只有一个未对齐出队。

• 写入sbuffer的过程：

1. 写入有效信号生成

2. 0通道指令存在非对齐且跨越16字节边界时：

   (1) 0通道的指令已分配和提交

   (2) dataBuffer的0，1通道能同时接受指令，

   (3) 0通道的指令不是向量指令，并且地址和数据有效；或者是向量且vsMergeBuffer以及提交。

   (4) 没有跨越4K页表；或者跨越4K页表但是可以被出队,并且1）如果是0通道：允许有异常的数据写入; 2）如果是1通道：不允许有异常的数据写入。

   (5) 之前的指令没有NonCacheable指令，如果是第一条指令，自身不能是Noncacheable指令

3. 否则，需要满足：

   (1) 指令已分配和提交。

   (2) 不是向量且地址和数据有效，或者是向量且vsMergeBuffer以及提交。

   (3) 之前的指令没有NonCacheable和MMIO指令，如果是第一条指令，自身不能是Noncacheable和MMIO指令。

   (4) 如果未对齐store，则不能跨越16字节边界，且地址和数据有效或有异常

• 地址和数据生成：

1. 地址拆分为高低两部分：

   (1) 低位地址：8字节对齐地址

   (2) 高位地址：低位地址加上8偏移量

2. 数据拆分为高低两部分：

   (1) 跨16字节边界数据：原始数据左移地址低4位偏移量包含的字节数

   (2) 低位数据：跨16字节边界数据的低128位；

   (3) 高位数据：跨16字节边界数据的高128位；

3. 写入选择逻辑：

   如果dataBuffer能接受非对齐指令写入,通道0的指令是非对齐并且跨越了16字节边界，则检查：

   (1) 是否跨4K页表同时跨4K页表且可以出队: 通道0使用低位地址和低位数据写入dataBuffer; 通道1使用StoreMisaligBuffer的物理地址和高位数据写入dataBuffer

   (2) 否则: 通道0使用低位地址和低位数据写入dataBuffer; 通道1使用高位地址和高位数据写入dataBuffer

   (3) 如果通道指令没有跨越16字节并且非对齐，则使用16字节对齐地址和对齐数据写入dataBuffer

   (4) 否则，将原始数据和地址写给dataBuffer

功能8：强制刷新sbuffer

StoreQueue采用双阈值的方法控制强制刷新Sbuffer：上阈值和下阈值。

1. 当StoreQueue的有效项数大于上阈值时， StoreQueue强制刷新Sbuffer
2. 直到StoreQueue的有效项数小于下阈值时，停止刷新Sbuffer。