4路组相联映射的LRU替换算法实现verilog
时间: 2024-05-07 10:23:43 浏览: 13
下面是一个简单的基于4路组相联映射的LRU替换算法实现的Verilog代码示例:
```
module cache(input clk, input rst, input [31:0] addr, input [31:0] data_in, input wr_en,
output [31:0] data_out, output hit);
parameter CACHE_SIZE = 64; // Cache的大小为64字节
parameter BLOCK_SIZE = 4; // 每个块的大小为4字节
parameter NUM_SETS = CACHE_SIZE / (BLOCK_SIZE * 4); // Cache的组数为16
reg [31:0] tags [0:NUM_SETS-1][0:3]; // 每个组有4个块,每个块有一个标记
reg [31:0] data [0:NUM_SETS-1][0:3][0:BLOCK_SIZE-1]; // 每个块有4个字
reg [1:0] lru [0:NUM_SETS-1][0:3]; // 每个组有4个块,每个块有2位LRU计数器,初始值为0b00
reg [1:0] set_index; // 当前访问地址的组索引
reg [1:0] block_index; // 当前访问地址在组中的块索引
reg [31:0] tag; // 当前访问地址的标记
wire [31:0] data_out_wire; // 用于将读取的数据传递给输出端口
assign data_out = data_out_wire;
wire hit_wire; // 用于将命中标志传递给输出端口
assign hit = hit_wire;
// 计算地址的组索引、块索引和标记
always @(*) begin
set_index = addr[5:4];
block_index = addr[3:2];
tag = addr[31:6];
end
// 读取数据的逻辑
always @(*) begin
data_out_wire = data[set_index][block_index][addr[1:0]];
if (tags[set_index][block_index] == tag)
hit_wire = 1;
else
hit_wire = 0;
end
// 写入数据的逻辑
always @(posedge clk) begin
if (rst) begin
for (int i = 0; i < NUM_SETS; i = i + 1) begin
for (int j = 0; j < 4; j = j + 1) begin
tags[i][j] = 0;
for (int k = 0; k < BLOCK_SIZE; k = k + 1)
data[i][j][k] = 0;
lru[i][j] = 0;
end
end
end else if (wr_en) begin
int lru_index = 0;
for (int i = 0; i < 4; i = i + 1) begin
if (tags[set_index][i] == tag) begin // 命中
lru_index = i;
break;
end else if (lru[set_index][i] < lru[set_index][lru_index])
lru_index = i;
end
tags[set_index][lru_index] = tag;
for (int i = 0; i < BLOCK_SIZE; i = i + 1)
data[set_index][lru_index][i] = data_in[i*8 +: 8];
for (int i = 0; i < 4; i = i + 1) begin
if (i == lru_index)
lru[set_index][i] = 0b11;
else if (lru[set_index][i] > lru[set_index][lru_index])
lru[set_index][i] = lru[set_index][i] - 1;
end
end
end
endmodule
```
本代码实现了一个基于4路组相联映射的LRU替换算法的Cache模块。Cache的大小为64字节,每个块的大小为4字节,共16个组。Cache使用了三维数组来存储标记和数据,使用了二维数组来存储每个块的LRU计数器。访问地址的组索引、块索引和标记通过组合逻辑计算得出。读取数据时,根据命中情况将数据和命中标志传递给输出端口;写入数据时,使用LRU替换算法确定替换的块,并更新标记、数据和LRU计数器。