CSR读写控制模块的详解

本主题由 Harmony技术专家于 2025-10-21 17:43 审核通过

具体代码位于：

概述

CSR是RISC-V中的控制状态寄存器（Control and Status Registers），用于控制处理器的行为和状态。CSR类指令是RISC-V中的一类指令，用于读取和写入控制状态寄存器（CSR）。在RISC-V指令集中，CSR类指令主要包括以下几个：
CSRRW：读取CSR寄存器的值，并将一个新值写入该寄存器。这条指令的格式为：CSRRW rd, csr, rs1，其中rd表示目标寄存器，csr表示CSR寄存器的编号，rs1表示要写入CSR寄存器的新值。
CSRRS：读取CSR寄存器的值，并将该寄存器的值与一个立即数或寄存器中的值进行按位或运算，然后将结果写回CSR寄存器。这条指令的格式为：CSRRS rd, csr, rs1，其中rd表示目标寄存器，csr表示CSR寄存器的编号，rs1表示要进行按位或运算的立即数或寄存器。
CSRRC：读取CSR寄存器的值，并将该寄存器的值与一个立即数或寄存器中的值进行按位与运算，然后将结果写回CSR寄存器。这条指令的格式为：CSRRC rd, csr, rs1，其中rd表示目标寄存器，csr表示CSR寄存器的编号，rs1表示要进行按位与运算的立即数或寄存器。
CSRRWI：读取CSR寄存器的值，并将一个立即数写入该寄存器。这条指令的格式为：CSRRWI rd, csr, imm，其中rd表示目标寄存器，csr表示CSR寄存器的编号，imm表示要写入CSR寄存器的立即数。
CSRRSI：读取CSR寄存器的值，并将该寄存器的值与一个立即数进行按位或运算，然后将结果写回CSR寄存器。这条指令的格式为：CSRRSI rd, csr, imm，其中rd表示目标寄存器，csr表示CSR寄存器的编号，imm表示要进行按位或运算的立即数。
CSRRCI：读取CSR寄存器的值，并将该寄存器的值与一个立即数进行按位与运算，然后将结果写回CSR寄存器。这条指令的格式为：CSRRCI rd, csr, imm，其中rd表示目标寄存器，csr表示CSR寄存器的编号，imm表示要进行按位与运算的立即数。
代码分析

总览

这段代码是RISC-V处理器中的一个模块，用于实现CSR（Control and Status Registers）的控制和读写。
该模块的输入包括csr_i_valid（CSR读写请求的有效性）、csr_i_rs1（CSR读写请求的操作数）、csr_i_info（CSR读写请求的信息，包括操作码和CSR索引等）、csr_i_rdwen（CSR读写请求是否写入寄存器）等。输出包括csr_ena（CSR读写请求是否有效）、csr_wr_en（CSR写入使能）、csr_rd_en（CSR读取使能）、csr_idx（CSR索引）等。
除此之外，该模块还实现了特殊的CSR访问接口，用于访问NICE CSR（一种特殊的CSR）。如果访问的是NICE CSR，需要先检查nice_csr_ready是否准备好，然后才能访问。如果访问的是普通的CSR，则直接进行访问。在访问NICE CSR时，还需要将写入数据发送到NICE接口，并从NICE接口读取数据。
ctrl中CSR指令预处理

csr_op1：这个信号是CSR操作中的一个操作数，用于根据CSR指令的不同类型选择正确的操作数。当CSR指令类型为CSRRWI和CSRRSI时，csr_op1将使用zimm作为操作数；当CSR指令类型为CSRRW、CSRRS和CSRRC时，csr_op1将使用rs1作为操作数。
csr_rd_en：这个信号用于控制CSR指令是否需要读取CSR的值。当CSR指令类型为CSRRW、CSRRS和CSRRC时，需要读取CSR的值；当CSR指令类型为CSRRWI、CSRRSI时，不需要读取CSR的值。
csr_wr_en：这个信号用于控制CSR指令是否需要写入CSR的值。当CSR指令类型为CSRRW、CSRRWI时，需要写入CSR的值；当CSR指令类型为CSRRS、CSRRC、CSRRSI和CSRRCI时，不需要写入CSR的值。
csr_idx：这个信号用于指定CSR的编号，它在所有CSR操作中都是必需的。
csr_ena：这个信号表示CSR操作的使能信号，表示CSR操作已准备好并且可以进行。当csr_o_valid和csr_o_ready都为1时，csr_ena将被置为1。
wbck_csr_dat：这个信号表示从 CSR 中读取的数据，用于写回到目标寄存器中。在这个模块中，wbck_csr_dat 的值是通过对 CSR 的读取操作得到的。
对于CSRRW指令，需要读取CSR的值，并将原来的值写入目标寄存器。这部分操作由以下代码实现：
assign wbck_csr_dat = ({`E203_XLEN{csrrw}} & csr_op1)
其中，csrrw为一个常量值，表示CSRRW指令的操作码，`E203_XLEN为定义的常量值，表示RISC-V指令集中的XLEN（数据位宽），csr_op1为从rs1寄存器或立即数中获取的操作数。
对于CSRRS指令，需要读取CSR的值，并将原来的值与rs1寄存器的值进行按位或运算，然后将结果写入CSR。这部分操作由以下代码实现：
assign wbck_csr_dat = ({`E203_XLEN{csrrs}} & (csr_op1 | read_csr_dat))
其中，csrrs为一个常量值，表示CSRRS指令的操作码，`E203_XLEN为定义的常量值，表示RISC-V指令集中的XLEN（数据位宽），csr_op1为从rs1寄存器或立即数中获取的操作数，read_csr_dat为CSR的原始值。
对于CSRRC指令，需要读取CSR的值，并将原来的值与rs1寄存器的值进行按位与运算，然后将结果写入CSR。这部分操作由以下代码实现：
assign wbck_csr_dat = ({`E203_XLEN{csrrc}} & ((~csr_op1) & read_csr_dat))
其中，csrrc为一个常量值，表示CSRRC指令的操作码，`E203_XLEN为定义的常量值，表示RISC-V指令集中的XLEN（数据位宽），csr_op1为从rs1寄存器或立即数中获取的操作数，read_csr_dat为CSR的原始值。
最后

将output与CSR模块相连，在模块中完成CSR指令的操作

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