第540章 设计进行时 (2/3)

“48条指令，分配完毕。咱们来总结一下。”

“主控制核心，硬件实现40条高频指令，算术逻辑、分支跳转、数据传送、移位、位操作、系统控制、特殊指令中的swi和rdtim。冗余监控核心同上，2颗定点运算器，实现乘除法和移位操作，加速运算，存储模块……”

吕辰讲完，会议室里安静了几秒。

钱兰第一个开口：“吕辰，你把i/o指令和专用芯片的对应关系写成一张表，这个方法不错，以后写微程序的时候，程序员能查。”

曾祺赞同：“依我看，咱们得整理一个《i/o指令与芯片映射手册》，我看这个事，我来负责吧。”

诸葛彪问了一句：“那8条没有硬件化的低频指令，放在程序存储器里的微程序，谁来写？”

吕辰想了想：“这点事情不大，不用麻烦程序设计院，我拿去交给李师兄，这些没有硬件化的指令，最终都是要放进工业计算机的微程序库的。”

诸葛彪把烟掐灭在烟灰缸里，站起来伸了个懒腰。

“48条指令，40条硬件化，8条微程序模拟。分配完了，下一步干什么？”

吕辰看了看墙上的挂钟，已经快十二点了。

“下午开始，各小队根据指令集分配，修改《芯片功能规格说明书》。每一颗芯片，要明确列出它需要支持的指令、数据通路、控制接口。”

他看着台下：“三天之内，改完。然后开始逻辑设计。”

方案议定，吕辰等人进入了枯燥的设计工作当中。

这天一早，吕辰从厨房拿了两个馒头揣进兜里，推着自行车就出了门。

到了设计室，钱兰已经坐在桌前，面前摊着厚厚一沓稿纸，铅笔夹在耳朵上，正对着那张《精简指令集体系结构与编码表》发呆。

听见脚步声，抬起头，眼睛下面一圈青黑，显然昨晚也没睡好。

“钱师姐，这么早？”

钱兰揉了揉太阳穴：“48条指令分配到26颗芯片里，说是一句话的事，做起来全是问题。昨天晚上我翻了三个小时，发现好几个指令的执行路径在物理上根本走不通。”

她把稿纸转过来，指着上面用红笔圈出来的几处。

“你看这个load指令，需要从内存读数据到寄存器。但咱们的存储控制器和主控制核心之间，数据总线只有8位。load一次要两个周期，这还行。但问题是，如果连续load，总线仲裁会冲突。我刚才算了一下，至少要加一个数据缓冲队列，不然指令流水线根本转不起来。”

吕辰凑过去看了两眼，眉头皱了起来。

“加缓冲队列，意味着控制核心的逻辑要改。本来已经定了40条硬件指令，现在为了这个队列，至少要多加两个状态。”

“所以我才头疼。”钱兰把铅笔拿下来，在纸上敲了敲，“不加，性能不达标；加了，面积超标、时序收不住。宋教授那边卡得严，五微米工艺下，核心芯片面积不能超过80平方毫米。”

正说着，走廊里传来一阵急促的脚步声。

诸葛彪推门进来，手里端着一个搪瓷缸子，嘴里叼着一根烟，头发乱得像鸡窝。

“你们也这么早？”他把搪瓷缸子往桌上一墩，表情严肃。

“10条i/o读写指令，数字量输入/输出芯片，8路输入、8路输出，光电隔离，响应时间1毫秒，这些都好办。但指令集里那个ins和outs，要连续读写一串数据。在芯片上怎么实现？是加dma控制器，还是让主控核心一条一条搬？”

“一条一条搬太慢。”吕辰摇了摇头，“工业控制虽然不在乎那几微秒，但连续i/o的时候，如果每次都打断主控，整个系统的实时性就完了。我倾向于在i/o芯片内部加一个小状态机，支持自动地址递增和块传输。主控核心只需要发一条指令，剩下的活儿由芯片自己干。”

钱兰点头：“这个思路可行，状态机不复杂，几十个门就能搞定。而且以后升级也方便，换个状态机就行，不用改主控。”

诸葛彪想了想：“我试试，i/o芯片加快传输状态机，希望能行。”

正说着，曾祺也推门进来了。

他手里拿着厚厚一沓图纸，往桌上一放，图纸的边角都已经卷了，上面密密麻麻画满了门电路符号和连线。

他拉过一把椅子坐下：“我昨晚过了一遍板卡，发现一个问题，主控核心有40条硬件指令，指令译码器的逻辑至少需要七八百个门。放在五微米工艺下，面积倒是不大，但关键是指令译码的延迟。我算了一下，最坏情况下，译码路径要经过四五个门级，加上布线延迟，怕是会超过时钟周期。”

诸葛彪想了想：“把指令译码器拆成两级流水。第一级做指令预取和粗分类，第二级做详细译码。这样每级的延迟都能收住，而且第一级可以提前预取下一条指令，减少流水线停顿。”

钱兰拿起铅笔，在图纸上画了一个两级流水线的示意图，看了一会儿，点了点头：“应该可行，但这样控制器的状态机要改，从原来的五状态变成七状态。”

吕辰拍板：“改，七状态能守住时序就行。咱们不求最快，但求最稳。生产线上的计算机，不能动不动就死机。”

四个人围着桌子，一张图纸一张图纸地翻，一个问题一个问题地过。

窗外的太阳慢慢升起来，阳光从窗户照进来，照在那堆密密麻麻的图纸上，照在四个人熬得发红的眼睛上。

不知不觉，已经九点多了。

办公室的门又被敲响了。

大张海端着一保温桶豆浆，提着一兜油条进来：“你们还没吃早饭吧？我从食堂带的，先吃了再做。”

诸葛彪这倒了一碗豆浆，端着就灌了一大口，烫得嘶了一声。

“诸葛师兄，慢点，烫。”大张海嘿嘿笑了两声，转身跑了。

四个人就着豆浆油条，边吃边继续讨论。

这一天，只是接下来两个多月里最普通的一天。

接下来的日子，整个集成电路实验室第八组，加上自动化控制中心抽调过来的十几个人，全部陷入了没日没夜的逻辑设计攻坚战。