2026-07-07-UPDATED:修复LAB19与IDLE中断响应

概述

本次更新修复了 func_lab19 中的 IDLE 等待中断挂死问题，并修正了 CACOP Hit 型指令的 IPE 误触发。成果：func_lab19 修复通过（END by Syscall，132811 条指令），func_lab15 无回归，func_advance difftest 零失配。

核心改动集中在 core_top.v 的 IDLE 等待中断状态机与 Wb_reg.v 的 WB 保持逻辑，涉及 2 个文件。

修改内容

1. IDLE 等待中断 FSM（核心修复）

文件：core_top.v:1319-1343

问题：LoongArch 语义中，执行 IDLE 后处理器核停止取指进入等待态，被 ECFG 使能的中断唤醒后在 IDLE 的下一条指令处响应中断，即 era = idle + 4。DUT 原来把 IDLE 当 NOP 直接穿过，导致 NEMU 停在 idle 等待中断时，DUT 已冲到 eentry，且 era 存成了 0。

首次尝试通过 mem_ready_go = 0 将 idle+4 停在 WB，但审查 Wb_reg.v 发现：当 mem_ready_go === 1'b0 时，Wb_reg 走 else 分支插入气泡（wb_pc <= 0，全清），导致 WB 变成气泡 → wb_valid = 0 → 中断落在气泡上 → era = 0、difftest 收不到异常事件、NEMU 永远停在 idle。

进一步追踪证实：idle 提交那拍 MEM 已是气泡（mem_pc = 0），即 idle+4 在提交 idle 时早已不在流水线中——根本无法靠”停在 WB”拿到 era。

修复：不依赖 WB 内容，改为捕获 idle+4 + 唤醒当拍注入：

// ---- IDLE 等待中断 FSM ----
wire wb_is_idle_commit = wb_valid & (wb_inst[31:15]==17'h0C91) & ~wb_ex & ~wb_need_cancel;
wire idle_int_pending  = |(csr_estat_is & csr_ecfg_lie);
reg  idle_wait_r;
reg  [31:0] idle_era_r;

always @(posedge clk) begin
    if (rst)                    idle_wait_r <= 1'b0;
    else if (idle_int_pending)  idle_wait_r <= 1'b0;   // 被中断唤醒
    else if (wb_ex)             idle_wait_r <= 1'b0;   // 异常冲刷
    else if (wb_is_idle_commit) idle_wait_r <= 1'b1;   // idle 提交，进入等待
end

always @(posedge clk) begin
    if (rst)                    idle_era_r <= 32'b0;
    else if (wb_is_idle_commit) idle_era_r <= wb_pc + 32'd4;  // 捕获 idle+4
end

wire idle_freeze = idle_wait_r & ~idle_int_pending;  // 冻结流水线
wire idle_wake   = idle_wait_r &  idle_int_pending;  // 唤醒当拍
wire [31:0] csr_wb_pc_eff = idle_wake ? idle_era_r : wb_pc;

idle_wait_r：idle 提交后置 1 进入等待；中断挂起或异常时清 0。
idle_era_r：idle 提交当拍捕获 wb_pc + 4（此拍 wb_pc = idle_pc）。
idle_freeze：等待期通过 wb_allow_in = ~idle_freeze 回压上游、停止取指，令整条流水线停顿（NEMU 也停在 idle，保持同步）。
idle_wake：被使能中断唤醒的当拍，将 idle_era_r 喂给 CSR 的 .wb_pc，使 csr_era_pc <= idle + 4。

2. 唤醒当拍中断注入

文件：core_top.v:1717-1719

问题：唤醒当拍 WB 是气泡（wb_valid = 0），正常的中断检测路径无法触发。

修复：在 trap_unit 的中断注入端口将 idle_wake 与正常 wb_has_int 合并：

1	.wb_has_int((wb_has_int \| idle_wake) && csr_crmd_ie),

唤醒当拍在 WB（气泡）处置起 INT，触发 wb_ex → 跳 eentry、存 era、更新 crmd/prmd/estat。

3. Difftest 异常事件上报

文件：core_top.v:2712-2718

问题：唤醒当拍 WB 是气泡（wb_valid = 0），difftest 默认不上报异常事件，导致 NEMU 不会调用 raise_intr 唤醒，双方失配。

修复：在 cmt 块中显式上报唤醒事件：

1
2
3

cmt_pc    <= idle_wake ? idle_era_r : debug0_wb_pc;
cmt_ex    <= (wb_valid && wb_ex) || idle_wake;
cmt_ecode <= idle_wake ? 6'h00 : wb_ecode;   // 唤醒为中断 INT(0)

唤醒当拍 cmt_ex = 1、cmt_pc = idle + 4、cmt_ecode = 0（INT），difftest 据此调用 raise_intr 唤醒 NEMU，双方保持同步。

4. Wb_reg 保持分支

文件：Wb_reg.v:5, 171-172

问题：原 Wb_reg.v 在 mem_ready_go === 1'b0 时走 else 分支插入气泡（全清零），无法在 idle 等待期间保持 WB 内容。

修复：新增 wb_hold 输入端口，在 rst/wb_ex 之后、mem_ready_go latch 之前加入保持分支：

input wire wb_hold,        // idle 等待期间保持 WB 内容

// ...

end else if(wb_hold) begin
    // idle 等待中断：保持 WB 现有内容，不 latch 上游、不产生气泡
end else if(!(mem_ready_go===1'b0))begin
    // 正常 latch

由 idle_freeze 驱动（core_top.v:1472: .wb_hold(idle_freeze)）。等待期 WB 寄存器保值，不产生气泡、不 latch 上游。同时把 mem_ready_go 中误加的 (idle_freeze) ? 1'b0 : 改回——该写法只会插气泡而非保持。

5. CACOP Hit 型 IPE 误触发修复

文件：core_top.v:1301-1304

问题：pc = 0x1c07543c 的 cacop 0x10（Hit 型）在 PLV3 被误判为 IPE。依据龙芯特权手册：Hit 型 cacop（code[4:3] == 2'b10）任意特权级可执行；仅 Store Tag / Index 型（code[4:3] == 00/01）需 PLV0，否则 IPE。

修复：在 wb_priv_inst 的 cacop 项加 & (wb_inst[4:3] != 2'b10)，把 Hit 型排除出 IPE 判定：

// 注意：Hit 类 cacop（code[4:3]==2'b10）允许任意特权级执行，
//       仅 Store Tag / Index 类（code[4:3]==00/01）需 PLV0。
wire wb_priv_inst = (wb_inst[31:24] == 8'h04)
                  | ((wb_inst[31:22] == 10'h018) & (wb_inst[4:3] != 2'b10))
                  | (wb_inst[31:15] == 17'h0C91)
                  | (wb_inst[31:26]==6'h01 & wb_inst[25:22]==4'h9 & wb_inst[21:20]==2'h0
                     & (wb_inst[19:15]==5'h10 | wb_inst[19:15]==5'h13));

修复后 func_lab19 从 121500 推进到 132140 条，再由 idle FSM 通关。

func_advance 状态

func_advance 在本次修复后 difftest 与 golden model（NEMU）零失配，一路跑到 syscall。仅剩子测试 n1 的片内时序自检未过（TEST_NUM = 6，score = 5，HIT BAD TRAP）。

n1 是纯 cache 时序微基准：将 0xd0100000 设为 cached，执行 cacop 0x11（Hit-Invalidate）+ preld 预取后，计时一次 cached load 并要求快于 uncached 平均。因 preld 目前为 NOP，被计时的 load 是冷 miss，慢于 uncached → 失败。preld = NOP 对 Linux 合法（架构上合法），经确认暂不实现。

验证

程序	结果	指令数
func_lab19	END by Syscall ✅	132811
func_lab15	END by Syscall（无回归）✅	132056
func_advance	difftest 零失配；HIT BAD TRAP 仅因 n1 时序自检	1398

修改文件清单

文件	变更
`core_top.v`	IDLE 等待中断 FSM（`idle_era_r` 捕获 + `csr_wb_pc_eff` + `idle_wake` 注入 + difftest 上报）、CACOP Hit 型 IPE 排除、`Wb_reg` 接 `wb_hold`、`mem_ready_go` 还原
`Wb_reg.v`	新增 `wb_hold` 输入端口与保持分支

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