写一个32位的branch target buffer的verilog代码

以下是一个简单的32位分支目标缓冲器的 Verilog 代码：

module branch_target_buffer (
    input clk,
    input rst,
    input [31:0] pc,
    input [31:0] target,
    input valid,
    output [31:0] branch_target
);

parameter BTB_SIZE = 16; // BTB 大小为 16 条记录
parameter INDEX_WIDTH = $clog2(BTB_SIZE); // 索引位宽为 4

reg [31:0] btb_tags [0:BTB_SIZE-1]; // BTB 标记数组
reg [31:0] btb_targets [0:BTB_SIZE-1]; // BTB 目标地址数组
reg [INDEX_WIDTH-1:0] btb_indices [0:BTB_SIZE-1]; // BTB 索引数组
reg [INDEX_WIDTH-1:0] btb_lru [0:BTB_SIZE-1]; // BTB 最近最少使用数组
reg [3:0] btb_hits; // BTB 命中数

// 初始化 BTB
initial begin
    for (int i = 0; i < BTB_SIZE; i = i + 1) begin
        btb_tags[i] = 32'hffffffff;
        btb_targets[i] = 32'hffffffff;
        btb_indices[i] = INDEX_WIDTH'hffffffff;
        btb_lru[i] = 4'h0;
    end
    btb_hits = 4'h0;
end

// 更新 BTB
always @(posedge clk) begin
    if (rst) begin
        for (int i = 0; i < BTB_SIZE; i = i + 1) begin
            btb_tags[i] <= 32'hffffffff;
            btb_targets[i] <= 32'hffffffff;
            btb_indices[i] <= INDEX_WIDTH'hffffffff;
            btb_lru[i] <= 4'h0;
        end
        btb_hits <= 4'h0;
    end else begin
        integer match_index = -1;
        for (int i = 0; i < BTB_SIZE; i = i + 1) begin
            if (btb_tags[i] == pc[31:INDEX_WIDTH]) begin // 标记匹配
                match_index = i;
                break;
            end
        end
        if (valid && match_index != -1) begin // 命中
            btb_hits <= btb_hits + 1;
            btb_targets[match_index] <= target; // 更新目标地址
            btb_lru[match_index] <= 4'hf; // 最近使用
        end else begin // 未命中
            integer lru_index = 0;
            for (int i = 1; i < BTB_SIZE; i = i + 1) begin
                if (btb_lru[i] < btb_lru[lru_index]) begin // 找到最近最少使用的索引
                    lru_index = i;
                end
            end
            btb_tags[lru_index] <= pc[31:INDEX_WIDTH]; // 更新标记
            btb_targets[lru_index] <= target; // 更新目标地址
            btb_lru[lru_index] <= 4'hf; // 最近使用
        end
    end
end

// 输出分支目标地址
assign branch_target = btb_hits == 4'h0 ? 32'hffffffff : btb_targets[match_index];

endmodule

此代码中使用了一个大小为 16 的 BTB，每个 BTB 条目包含标记、目标地址、索引和最近最少使用信息。当给定一个 PC 地址和一个分支目标地址时，BTB 将检查是否有与给定标记匹配的条目。如果有，则 BTB 命中并返回相应的目标地址；否则，BTB 插入一个新的条目，将其标记设置为给定标记，将其目标地址设置为给定目标地址，并更新最近最少使用信息。当 BTB 满时，将使用最近最少使用信息来确定要替换的条目。