cache设计的代码verilog

以下是一个简单的cache设计的Verilog代码实现示例：

module cache (
    input clk,
    input rst,
    input [31:0] addr,
    input [31:0] data_in,
    input we,
    output [31:0] data_out,
    output hit
);

parameter CACHE_SIZE = 1024; // cache大小
parameter LINE_SIZE = 32; // cache行大小
parameter NUM_LINES = CACHE_SIZE / LINE_SIZE; // cache行数

reg [31:0] cache_data [0:NUM_LINES-1]; // cache数据
reg [31:0] cache_tag [0:NUM_LINES-1]; // cache标记
reg [0:NUM_LINES-1] valid; // cache有效位

integer i;
reg hit_reg; // 命中标志寄存器

always @(posedge clk) begin
    if (rst) begin
        for (i = 0; i < NUM_LINES; i = i + 1) begin
            valid[i] <= 0;
        end
        hit_reg <= 0;
    end else begin
        hit_reg <= 0;
        for (i = 0; i < NUM_LINES; i = i + 1) begin
            if (valid[i] && (cache_tag[i] == addr[31:5])) begin // 命中
                if (we) begin // 写
                    cache_data[i][addr[4:0]] <= data_in;
                end
                data_out <= cache_data[i][addr[4:0]];
                hit_reg <= 1;
            end
        end
        if (!hit_reg) begin // 未命中
            for (i = 0; i < NUM_LINES; i = i + 1) begin
                if (!valid[i]) begin // 空行
                    cache_data[i] <= {32{1'b0}};
                    cache_tag[i] <= addr[31:5];
                    cache_data[i][addr[4:0]] <= data_in;
                    valid[i] <= 1;
                    data_out <= cache_data[i][addr[4:0]];
                    hit_reg <= 1;
                    break;
                end
            end
        end
    end
end

assign hit = hit_reg;

endmodule

该cache实现是一个直接映射的cache，使用了一个简单的有效位（valid）来表示每个cache行是否有效。每个cache行包含一个32位的数据（cache_data），一个32位的标记（cache_tag），以及一个有效位。在每个时钟上升沿，cache会检查地址是否命中，如果命中，就从相应的cache行读取或写入数据，并将命中标志（hit）置为1。如果未命中，就在未使用的cache行中写入数据，并将命中标志置为0。