Register file 2 cổng đọc, 1 cổng ghi, x0 = 0 và bypass

Register file là bộ nhớ nhỏ, nhanh nhất trong CPU. Một CPU RISC-V cơ bản đọc hai toán hạng và ghi một kết quả mỗi nhịp. Bài này gồm hai chi tiết mà người phỏng vấn hay hỏi: thanh ghi x0 luôn bằng 0, và bypass, tức đọc ngay giá trị đang được ghi trong cùng nhịp. Nhờ bypass, lệnh ở tầng decode không phải chờ thêm một nhịp sau khi tầng writeback ghi.

module regfile (
  input  logic       clk,
  input  logic       rst_n,        // reset bất đồng bộ: mọi thanh ghi = 0
  input  logic [2:0] ra1, ra2,     // địa chỉ đọc
  output logic [7:0] rd1, rd2,     // dữ liệu đọc (tổ hợp)
  input  logic       we,
  input  logic [2:0] wa,
  input  logic [7:0] wd
);

8 thanh ghi 8 bit, x0 … x7:

• Ghi: ở sườn lên, nếu we = 1 và wa != 0 thì x[wa] = wd. Ghi vào x0 bị bỏ qua.
• Đọc (tổ hợp): rd1 = giá trị của x[ra1], với hai ngoại lệ:
  • ra1 == 0 thì luôn ra 0;
  • bypass: nếu we = 1, wa == ra1 và wa != 0 thì ra wd ngay trong nhịp đó.
• rd2 tương tự với ra2.

Testbench đặt tín hiệu ở sườn xuống và đọc rd1, rd2 1 ns sau đó, trước sườn lên kế tiếp.