四路组相联地址映射Cache中,实现LRU替换算法,计数器值最大时,被替换出去,verilog实现加代码注释
时间: 2023-07-29 13:09:00 浏览: 152
以下是实现四路组相联地址映射Cache中LRU替换算法的Verilog代码,包含注释解释每个模块和信号的作用:
```verilog
module cache (input wire clk, // 时钟信号
input wire rst, // 复位信号
input wire [31:0] addr, // 地址信号
input wire [31:0] data_in, // 写入数据信号
output wire [31:0] data_out, // 读出数据信号
output reg hit, // 命中信号
output reg miss // 未命中信号
);
// Cache 数据存储数组
reg [31:0] cache_data [3:0][255:0];
// Cache 标签存储数组
reg [31:0] cache_tag [3:0][255:0];
// Cache 计数器存储数组
reg [1:0] counter [3:0][255:0];
// 标志位数组:标志该条Cache线是否有效
reg [0:0] valid [3:0][255:0];
// 缓存总线:用于从内存中读取数据
wire [31:0] bus;
// 地址的标记位、组索引位和块偏移位
wire [7:0] tag;
wire [1:0] index;
wire [4:0] offset;
// 从地址中抽取标记位、组索引位和块偏移位
assign tag = addr[31:24];
assign index = addr[23:22];
assign offset = addr[21:17];
// 从 Cache 中读数据
assign data_out = cache_data[index][tag][offset];
// 读 Cache 的有效位标志
assign hit = valid[index][tag];
// 写 Cache 的有效位标志
always @(posedge clk)
begin
if (rst)
valid <= 0;
else
valid[index][tag] <= 1;
end
// 判断是否命中
assign miss = ~hit;
// 从内存中读数据的模块
memory mem(bus, addr);
// 控制器模块
controller ctrl(clk, rst, tag, index, hit, miss, counter);
// 写数据到 Cache 的模块
write_data write(clk, rst, tag, index, offset, data_in, cache_data, cache_tag, valid, counter);
endmodule
// 内存模块
module memory(bus, addr);
// 将地址传递给内存模块,读取相应的数据
reg [31:0] mem_data [255:0];
assign bus = mem_data[addr[23:17]];
// 初始化内存
initial
begin
$readmemh("data.mem", mem_data);
end
endmodule
// 控制器模块
module controller(clk, rst, tag, index, hit, miss, counter);
// 命中时计数器不变,未命中时计数器+1
always @(posedge clk)
begin
if (rst)
counter <= 0;
else if (hit)
counter[index][tag] <= counter[index][tag];
else
counter[index] <= {counter[index][tag +: 1], counter[index][0]}; // LRU 替换算法
end
endmodule
// 写数据到 Cache 的模块
module write_data(clk, rst, tag, index, offset, data_in, cache_data, cache_tag, valid, counter);
// 写数据到 Cache 的模块
always @(posedge clk)
begin
if (rst)
begin
cache_data <= 0;
cache_tag <= 0;
end
else if (valid[index][tag])
cache_data[index][tag][offset] <= data_in;
else
begin
cache_data[index][tag][offset] <= data_in;
cache_tag[index][tag] <= tag;
end
end
endmodule
```
代码中的 `controller` 模块实现了 LRU 替换算法,即将最近最少使用的 Cache 块替换出去。`write_data` 模块用于将数据写入 Cache 中。