訊息
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Verilog 程式：pipeline3.v
`define IDLE 1'b0 // 閒置中
`define WAIT 2'b1 // 等待回應
// pipe : 單一根管子 (iReady, iMsg, iGet) 為輸入部分，(oReady, oMsg, oGet) 為輸出部分, id 為管線代號
module pipe(input clock, reset, iReady, input [7:0] iMsg, output iGet,
output oReady, output [7:0] oMsg, input oGet, input [3:0] id);
reg oReady, iGet, state;
reg [7:0] iMsgReg, oMsg;
always @(posedge clock) begin
if (reset) begin oReady=0; iGet=0; state=`IDLE; end
else case (state)
`IDLE: begin // 閒置中
if (iReady) begin // 輸入資料已準備好
iMsgReg <= iMsg; // 儲存輸入資料
#2;
$display("%-8d:p%x iMsg=%d, iGet", $stime, id, iMsg);
iGet <= 1;
#3;
oMsg = iMsg + 1; // 設定輸出資料
#3;
oReady <= 1; // 輸出資料已準備好
$display("%-8d:p%x oMsg=%d, oReady", $stime, id, oMsg);
#3;
state <= `WAIT; // 進入等帶狀態
#2;
end
end
`WAIT:begin // 等待回應 (資料被取走)
if (oGet) begin // 資料被取走了
#2;
$display("%-8d:p%x oGet", $stime, id); // 顯示資料已經取走
oReady <= 0; // 下一筆輸出資料尚未準備好。
#3;
state <= `IDLE; // 回到閒置狀態，準備取得下一筆輸入資料
#2;
end
iGet <= 0; // 下一筆輸入資料尚未準備好。
end
endcase
end
endmodule
module pipeline; // pipeline : 多根管子連接後形成的管線
reg clock, reset; // 時脈
wire [7:0] p1Msg, p2Msg, p3Msg; // pipe 傳遞的訊息
wire p1iGet, p2iGet, p3iGet; // pipe 輸入是否準備好了
wire p1oReady, p2oReady, p3oReady; // pipe 輸出是否準備好了
reg [7:0] iMsg=0; // pipeline 的整體輸入訊息
parameter iReady = 1'b1, oGet=1'b1; // pipeline 的整體輸入輸出是否準備好了 (隨時都準備好，這樣才會不斷驅動)。
pipe p1(clock, reset, iReady, iMsg, p1iGet, p1oReady, p1Msg, p2iGet,1); // 第一根管子
pipe p2(clock, reset, p1oReady, p1Msg, p2iGet, p2oReady, p2Msg, p3iGet,2); // 第二根管子
pipe p3(clock, reset, p2oReady, p2Msg, p3iGet, p3oReady, p3Msg, oGet, 3); // 第三根管子
initial begin
reset = 1;
clock = 0;
#100 reset = 0;
#100 iMsg = 10; // pipelie 的輸入資料改為 10
#100 iMsg = 20; // pipelie 的輸入資料改為 20
#100 $finish;
end
always #10 begin
clock=clock+1;
end
endmodule
Icarus 模擬結果
D:\oc\cpu0p>iverilog pipeline3.v -o pipeline3
D:\oc\cpu0p>vvp pipeline3
112 :p1 iMsg= 0, iGet
118 :p1 oMsg= 1, oReady
132 :p2 iMsg= 1, iGet
138 :p2 oMsg= 2, oReady
152 :p3 iMsg= 2, iGet
152 :p1 oGet
158 :p3 oMsg= 3, oReady
172 :p3 oGet
172 :p1 iMsg= 0, iGet
172 :p2 oGet
178 :p1 oMsg= 1, oReady
192 :p2 iMsg= 1, iGet
198 :p2 oMsg= 2, oReady
212 :p3 iMsg= 2, iGet
212 :p1 oGet
218 :p3 oMsg= 3, oReady
232 :p3 oGet
232 :p1 iMsg= 10, iGet
232 :p2 oGet
238 :p1 oMsg= 11, oReady
252 :p2 iMsg= 11, iGet
258 :p2 oMsg= 12, oReady
272 :p3 iMsg= 12, iGet
272 :p1 oGet
278 :p3 oMsg= 13, oReady
292 :p3 oGet
292 :p1 iMsg= 10, iGet
292 :p2 oGet
298 :p1 oMsg= 11, oReady
312 :p2 iMsg= 11, iGet
318 :p2 oMsg= 12, oReady
332 :p3 iMsg= 12, iGet
332 :p1 oGet
338 :p3 oMsg= 13, oReady
352 :p3 oGet
352 :p1 iMsg= 20, iGet
352 :p2 oGet
358 :p1 oMsg= 21, oReady
372 :p2 iMsg= 21, iGet
378 :p2 oMsg= 22, oReady
392 :p3 iMsg= 22, iGet
392 :p1 oGet
398 :p3 oMsg= 23, oReady
歷史版本
- pipe — 不太像 pipeline 的 pipeline。
- pipeline1 — 展示如何設計 pipeline 的原理, Ready, Ack 版。
- pipeline2 — 展示如何設計 pipeline 的原理, 直接初始化版。
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