引言
之前，我们分析or1200的控制通路中的sprs模块和except模块，本小节，我们就分析一下or1200控制通路的最后一个模块，就是freeze模块。
1，整体分析
freeze模块，顾名思义，就是根据各个流水阶段的反馈信号，负责产生控制整条流水线各个阶段的暂停信号，如取指阶段的genpc_freeze和if_freeze信号，解码阶段的id_freeze信号，执行阶段的ex_freeze信号，以及写回阶段的wb_freeze信号，共5个暂停信号。
可以这么说，freeze就好像整条流水线的监工，如果发现某一阶段出现问题，就控制那个流水阶段暂停。
2，暂停信号产生规则
freeze模块产生的这5个信号不是相互独立的，是有一定的规则的，那么到底有什么规则呢？关于freeze模块的5个暂停信号的产生过则，or1200_freeze.v中有如下描述：
// // Pipeline freeze // // Rules how to create freeze signals: // 1. Not overwriting pipeline stages: // Freeze signals at the beginning of pipeline (such as if_freeze) can be // asserted more often than freeze signals at the of pipeline (such as // wb_freeze). In other words, wb_freeze must never be asserted when ex_freeze // is not. ex_freeze must never be asserted when id_freeze is not etc. // // 2. Inserting NOPs in the middle of pipeline only if supported: // At this time, only ex_freeze (and wb_freeze) can be deassrted when id_freeze // (and if_freeze) are asserted. // This way NOP is asserted from stage ID into EX stage. //
那如何理解呢？
关于第一条：
这一条比较容易理解，就是说流水线的某一个阶段如果想产生暂停信号，那么这个阶段的前一个流水阶段必须先产生。假如要想产生wb_freeze信号，必须先产生ex_freeze信号。
问什么要有这条规则呢？为了便于理解，我们假设一个情景来说明一下。
我记得我小的时候，我们家每年会种几亩地的西瓜，等西瓜成熟的时候，我爸妈会开着农用车，带着我和我的两个弟弟（老四和老五）去地里摘西瓜，为了加快速度，我们各有分工，我爸负责把西瓜从瓜藤上摘下来，并送到我妈手里，我妈负责把西瓜传到我手里，我负责把这个西瓜送到站在车旁边的老四，老四负责把西瓜递给在车上的老五，老五负责将西瓜慢慢的堆放到车上。
上面的情景分别对应流水线的五个阶段，假如我在摘瓜的过程中突然感觉口渴了，想去喝点水，那么我妈必须先暂停下来，要不然，如果我妈把西瓜向我扔来，但我这时我在喝水，那么这个西瓜就肯定会摔碎。所以，我妈必须先停下来，同样道理，我妈要想停下来，我爸必须也停下来。
如果处在最末端的我的老五如果想想停下来，根据这条规则，那么处在最开始的我爸爸也必须停下来，否则的话就会出问题。
还回到流水线，这条规则保证了不会有指令丢失。设想一下，如果流水线的EX阶段暂停了，ID阶段却没暂停下来，就会出现ID阶段解码的指令，EX不会执行的情况。
关于第二条：
如果说第一条是规定暂定信号产生规则的话，那么第二条就是规定暂停信号如何解除了。举个例子，如果EX阶段要想解除暂停信号，那么EX阶段的前面的阶段必须不能解除，否则的话就会违背第一条规则了。
3，代码分析
了解了freeze模块的功能和暂停信号的产生规则之后，那rtl代码具体是如何实现的呢？
首先是取指阶段的暂停信号，代码如下：
assign genpc_freeze = (du_stall & !saving_if_insn) | flushpipe_r; assign if_freeze = id_freeze | extend_flush;
这里需要说明的是，如果在取指阶段出现问题，比如出现指令总线的应答错误，那么就需要刷新流水线，代码如下：
// // registered flushpipe // always @(posedge clk or `OR1200_RST_EVENT rst) if (rst == `OR1200_RST_VALUE) flushpipe_r <= 1'b0; else if (icpu_ack_i | icpu_err_i) // else if (!if_stall) flushpipe_r <= flushpipe; else if (!flushpipe) flushpipe_r <= 1'b0;
其次是解码，执行和写回阶段的暂停信号，代码如下：
assign id_freeze = (lsu_stall | (~lsu_unstall & if_stall) | multicycle_freeze | (|waiting_on) | force_dslot_fetch) | du_stall; assign ex_freeze = wb_freeze; assign wb_freeze = (lsu_stall | (~lsu_unstall & if_stall) | multicycle_freeze | (|waiting_on)) | du_stall | abort_ex;
需要说明的是这三个阶段的暂停信号的产生有一个多周期的问题，和流水线等待问题。
or1200的大部分指令都需要一个指令周期，但是有几条指令需要多个指令周期，如果需要这几条指令时，就需要暂停信号，代码如下：
// // Multicycle freeze // assign multicycle_freeze = |multicycle_cnt; // // Multicycle counter // always @(posedge clk or `OR1200_RST_EVENT rst) if (rst == `OR1200_RST_VALUE) multicycle_cnt <= `OR1200_MULTICYCLE_WIDTH'd0; else if (|multicycle_cnt) multicycle_cnt <= multicycle_cnt - `OR1200_MULTICYCLE_WIDTH'd1; else if (|multicycle & !ex_freeze) multicycle_cnt <= multicycle;
那么都有哪些指令是多周期指令呢？or1200_define.v中相关代码如下：
// Execution control which will "wait on" a module to finish `define OR1200_WAIT_ON_WIDTH 2 `define OR1200_WAIT_ON_NOTHING `OR1200_WAIT_ON_WIDTH'd0 `define OR1200_WAIT_ON_MULTMAC `OR1200_WAIT_ON_WIDTH'd1 `define OR1200_WAIT_ON_FPU `OR1200_WAIT_ON_WIDTH'd2 `define OR1200_WAIT_ON_MTSPR `OR1200_WAIT_ON_WIDTH'd3
此外，在遇到一些特殊情况，流水线需要等待（wait_on），这时，也需要暂停流水线，代码如下：
//
// Waiting on generation
//
always @(posedge clk or `OR1200_RST_EVENT rst)
if (rst == `OR1200_RST_VALUE)
waiting_on <= 0;
else if ((waiting_on == `OR1200_WAIT_ON_MULTMAC) & !mac_stall)
waiting_on <= 0;
else if ((waiting_on == `OR1200_WAIT_ON_FPU) & fpu_done)
waiting_on <= 0;
else if ((waiting_on == `OR1200_WAIT_ON_MTSPR) & mtspr_done)
waiting_on <= 0;
else if (!ex_freeze)
waiting_on <= wait_on;
关于wait_on信号的产生，我们在分析ID模块（ctrl）时，已经介绍过了，如有疑问请参考：
http://blog.csdn.net/rill_zhen/article/details/9816129
4，小结
freeze模块是整条流水线的大管家，控制着流水线的暂停和执行大权，但其代码却没有想象的那么复杂，越是深奥的道理，一般使用的语言都非常简单，freeze模块也正好证明了这一点。
自此，我们将or1200的数据通路和控制通路都分析了一下，剩下的工作就是其它可选但却不可或缺的debug模块，负责精确定时的tick timer模块，以及负责整个CPU功耗管理的power management模块了。
革命尚未成功，同志仍需努力。