自己写CPU第五级（4）——逻辑、实现移动和空指令
我们会继续上传新书《自己写CPU》（未公布）。今天是18片，我每星期试试4
5.5 改动OpenMIPS以实现逻辑、移位操作与空指令
为了实现逻辑、移位操作与空指令（当中nop、ssnop不用特意实现，能够觉得是特殊的逻辑左移指令sll），仅仅须要改动OpenMIPS的例如以下两个模块。
- 改动译码阶段的ID模块。用以实现对上述指令的译码。
- 改动运行阶段的EX模块，使其依照译码结果进行运算。
5.5.1 改动译码阶段的ID模块
首先给出例如以下宏定义，都在文件defines.v中定义，读者能够在本书附带光盘的Code\Chapter5_2文件夹下找到该文件。
`define EXE_AND 6'b100100 // and指令的功能码
`define EXE_OR 6'b100101 // or指令的功能码
`define EXE_XOR 6'b100110 // xor指令的功能码
`define EXE_NOR 6'b100111 // nor指令的功能码
`define EXE_ANDI 6'b001100 //andi指令的指令码
`define EXE_ORI 6'b001101 // ori指令的指令码
`define EXE_XORI 6'b001110 //xori指令的指令码
`define EXE_LUI 6'b001111 // lui指令的指令码 `define EXE_SLL 6'b000000 // sll指令的功能码
`define EXE_SLLV 6'b000100 //sllv指令的功能码
`define EXE_SRL 6'b000010 // sra指令的功能码
`define EXE_SRLV 6'b000110 //srlv指令的功能码
`define EXE_SRA 6'b000011 // sra指令的功能码
`define EXE_SRAV 6'b000111 //srav指令的功能码 `define EXE_SYNC 6'b001111 //sync指令的功能码
`define EXE_PREF 6'b110011 //pref指令的指令码
`define EXE_SPECIAL_INST 6'b000000 //SPECIAL类指令的指令码
对指令进行译码的前提是能推断出指令种类，这个过程如图5-15所看到的。当中op就是指令的26-31bit。即指令码，op2就是指令的6-10 bit，op3就是指令的0-5bit，即功能码，op4就是指令的16-20bit，定义例如以下。
wire[5:0] op = inst_i[31:26]; // 指令码
wire[4:0] op2 = inst_i[10:6];
wire[5:0] op3 = inst_i[5:0]; // 功能码
wire[4:0] op4 = inst_i[20:16];
首先根据指令码op进行推断，假设是SPECIAL类指令，再推断指令的6-10bit（即op2）是否为0，假设为0。那么再根据功能码op3的值，进行终于推断。确定指令类型。假设指令码op不为SPECIAL，那么就直接根据指令码op的值进行推断。
仅仅有在确定指令sll、srl、sra的时候有一点特殊，从图5-13可知这3条指令都是SPECIAL类指令，可是这3条指令还要求第21-25bit为0。并且第6-10bit为移位位数，所以这3条指令的推断过程是：推断指令的21-31bit是否全为0，假设全为0。那么再根据功能码op3进行终于推断。确定指令类型。
ID模块主要改动内容例如以下，完整的代码能够參考本书附带光盘Code\Chapter5_2文件夹下的id.v文件。
module id(
......
); wire[5:0] op = inst_i[31:26];
wire[4:0] op2 = inst_i[10:6];
wire[5:0] op3 = inst_i[5:0];
wire[4:0] op4 = inst_i[20:16];
reg[`RegBus] imm;
reg instvalid; always @ (*) begin
if (rst == `RstEnable) begin
aluop_o <= `EXE_NOP_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_NOP;
wd_o <= `NOPRegAddr;
wreg_o <= `WriteDisable;
instvalid <= `InstValid;
reg1_read_o <= 1'b0;
reg2_read_o <= 1'b0;
reg1_addr_o <= `NOPRegAddr;
reg2_addr_o <= `NOPRegAddr;
imm <= 32'h0;
end else begin
aluop_o <= `EXE_NOP_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_NOP;
wd_o <= inst_i[15:11]; //默认目的寄存器地址wd_o
wreg_o <= `WriteDisable;
instvalid <= `InstInvalid;
reg1_read_o <= 1'b0;
reg2_read_o <= 1'b0;
reg1_addr_o <= inst_i[25:21]; //默认的reg1_addr_o
reg2_addr_o <= inst_i[20:16]; //默认的reg2_addr_o
imm <= `ZeroWord;
case (op)
`EXE_SPECIAL_INST: begin //指令码是SPECIAL
case (op2)
5'b00000: begin
case (op3) //根据功能码推断是哪种指令
`EXE_OR: begin //or指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_OR_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_LOGIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_AND: begin //and指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_AND_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_LOGIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_XOR: begin //xor指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_XOR_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_LOGIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_NOR: begin //nor指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_NOR_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_LOGIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_SLLV: begin //sllv指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SLL_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_SHIFT;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_SRLV: begin //srlv指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SRL_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_SHIFT;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_SRAV: begin //srav指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SRA_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_SHIFT;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_SYNC: begin //sync指令
wreg_o <= `WriteDisable;
aluop_o <= `EXE_NOP_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_NOP;
reg1_read_o <= 1'b0;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
default: begin
end
endcase
end
default: begin
end
endcase
end
`EXE_ORI: begin //ori指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_OR_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_LOGIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
imm <= {16'h0, inst_i[15:0]};
wd_o <= inst_i[20:16];
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_ANDI: begin //andi指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_AND_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_LOGIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
imm <= {16'h0, inst_i[15:0]};
wd_o <= inst_i[20:16];
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_XORI: begin //xori指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_XOR_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_LOGIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
imm <= {16'h0, inst_i[15:0]};
wd_o <= inst_i[20:16];
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_LUI: begin //lui指令
reg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_OR_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_LOGIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
imm <= {inst_i[15:0], 16'h0};
wd_o <= inst_i[20:16];
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_PREF: begin //pref指令
wreg_o <= `WriteDisable;
aluop_o <= `EXE_NOP_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_NOP;
reg1_read_o <= 1'b0;
reg2_read_o <= 1'b0;
instvalid <= `InstValid;
end
default: begin
end
endcase //case op if (inst_i[31:21] == 11'b00000000000) begin
if (op3 == `EXE_SLL) begin //sll指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SLL_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_SHIFT;
reg1_read_o <= 1'b0;
reg2_read_o <= 1'b1;
imm[4:0] <= inst_i[10:6];
wd_o <= inst_i[15:11];
instvalid <= `InstValid;
end else if ( op3 == `EXE_SRL ) begin //srl指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SRL_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_SHIFT;
reg1_read_o <= 1'b0;
reg2_read_o <= 1'b1;
imm[4:0] <= inst_i[10:6];
wd_o <= inst_i[15:11];
instvalid <= `InstValid;
end else if ( op3 == `EXE_SRA ) begin //sra指令
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SRA_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_SHIFT;
reg1_read_o <= 1'b0;
reg2_read_o <= 1'b1;
imm[4:0] <= inst_i[10:6];
wd_o <= inst_i[15:11];
instvalid <= `InstValid;
end
end
end //if
end //always ...... endmodule
对任一条指令而言。译码工作的主要内容是：确定要读取的寄存器情况、要运行的运算、要写的目的寄存器等三个方面的信息。
以下对当中几个典型指令的译码过程进行解释。
1、and指令的译码过程
and指令译码须要设置的三个方面内容例如以下，or、xor、nor指令的译码过程能够參考and指令。
（1）要读取的寄存器情况：and指令须要读取rs、rt寄存器的值。所以设置reg1_read_o、reg2_read_o为1。默认通过Regfile模块读port1读取的寄存器地址reg1_addr_o的值是指令的21-25bit，正是and指令中的rs，默认通过Regfile模块读port2读取的寄存器地址reg2_addr_o的值是指令的16-20bit，正是and指令中的rt。
（2）要运行的运算：and指令要进行的是逻辑“与”操作。所以设置alusel_o为EXE_RES_LOGIC，设置aluop_o为EXE_AND_OP。
（3）要写入的目的寄存器：and指令须要将结果写入目的寄存器。所以设置wreg_o为WriteEnable，设置wd_o为要写入的目的寄存器地址。默认是指令字的11-15bit，正是and指令中rd的位置。
2、andi指令的译码过程
andi指令译码须要设置的三个方面内容例如以下。xori指令的译码过程能够參考andi指令。
（1）要读取的寄存器情况：andi指令仅仅须要读取rs寄存器的值。所以设置reg1_read_o为1、reg2_read_o为0。
默认通过Regfile模块读port1读取的寄存器地址reg1_addr_o的值是指令的21-25bit，正是andi指令中的rs。设置reg2_read_o为0。暗含使用马上数作为运算的操作数。imm就是指令中的马上数进行零扩展后的值。
（2）要运行的运算：andi指令要进行的是逻辑“与”操作。所以设置alusel_o为EXE_RES_LOGIC，设置aluop_o为EXE_AND_OP。这一点与and指令译码过程一样。
（3）要写入的目的寄存器：andi指令须要将结果写入目的寄存器，所以设置wreg_o为WriteEnable，设置wd_o为要写入的目的寄存器地址，默认是指令字的11-15bit。在此须要改动。对andi指令而言，目的寄存器地址是指令字的16-20bit。
3、sllv指令的译码过程
sllv指令译码须要设置的三个方面内容例如以下。srlv、srav指令的译码过程能够參考sllv指令。
（1）要读取的寄存器情况：同and指令一样。设置reg1_read_o为1、reg2_read_o为1。
（2）要运行的运算：sllv指令要进行的是逻辑左移操作。所以设置alusel_o为EXE_RES_SHIFT。设置aluop_o为EXE_SLL_OP。
（3）要写入的目的寄存器：同and指令一样。设置wreg_o为WriteEnable。设置wd_o为要写入的目的寄存器地址，默认是指令字的11-15bit。正是sllv指令中rd的位置。
4、lui指令的译码过程
OpenMIPS将lui指令转化为ori 指令来运行，例如以下。
lui rt,immediate = ori rt,$0,(immediate || 0^16)
也就是将指令中的马上数左移16bit。然后与$0寄存器进行逻辑“或”运算。须要设置的三个方面内容例如以下。
（1）要读取的寄存器情况：须要读取寄存器$0的值，所以设置reg1_read_o为1、reg2_read_o为0。默认通过Regfile模块读port1读取的寄存器地址reg1_addr_o的值是指令的21-25bit，參考图5-10可知，正是0。设置imm为指令中的马上数左移16位的值。
（2）要运行的运算：是逻辑“或”操作。所以alusel_o赋值为EXE_RES_LOGIC，aluop_o赋值为EXE_OR_OP。
（3）要写入的目的寄存器：lui指令须要将结果写入目的寄存器，所以设置wreg_o为WriteEnable，设置wd_o为要写入的目的寄存器地址，默认是指令字的11-15bit，在此须要改动，对lui指令而言。目的寄存器地址是指令字的16-20bit。
5、sll指令的译码过程
sll指令译码须要设置的三个方面内容例如以下。srl、sra指令的译码过程能够參考sll指令。
（1）要读取的寄存器情况：sll指令仅仅须要读取rt寄存器的值，所以设置reg1_read_o为0、reg2_read_o为1。默认通过Regfile模块读port2读取的寄存器地址reg2_addr_o的值是指令的16-20bit，正是sll指令中的rt。imm就是指令中的6-10bit的值。參考图5-11可知。正是移位位数sa的值。
（2）要运行的运算：sll指令要进行的是逻辑左移操作，所以设置alusel_o为EXE_RES_SHIFT。设置aluop_o为EXE_SLL_OP。
（3）要写入的目的寄存器：sll指令须要将结果写入目的寄存器。所以设置wreg_o为WriteEnable。设置wd_o为要写入的目的寄存器地址，等于指令字的11-15bit，正是sll指令中rd的位置。
5.5.2 改动运行阶段的EX模块
改动运行阶段EX模块的代码。主要改动内容例如以下，完整的代码能够參考本书光盘的Code\Chapter5_2文件夹下的ex.v文件。
module ex(
......
); reg[`RegBus] logicout; // 保存逻辑运算结果
reg[`RegBus] shiftres; // 保存移位运算结果 // 进行逻辑运算
always @ (*) begin
if(rst == `RstEnable) begin
logicout <= `ZeroWord;
end else begin
case (aluop_i)
`EXE_OR_OP: begin // 逻辑或运算
logicout <= reg1_i | reg2_i;
end
`EXE_AND_OP: begin // 逻辑与运算
logicout <= reg1_i & reg2_i;
end
`EXE_NOR_OP: begin // 逻辑或非运算
logicout <= ~(reg1_i |reg2_i);
end
`EXE_XOR_OP: begin // 逻辑异或运算
logicout <= reg1_i ^ reg2_i;
end
default: begin
logicout <= `ZeroWord;
end
endcase
end //if
end //always // 进行移位运算
always @ (*) begin
if(rst == `RstEnable) begin
shiftres <= `ZeroWord;
end else begin
case (aluop_i)
`EXE_SLL_OP: begin // 逻辑左移
shiftres <= reg2_i << reg1_i[4:0] ;
end
`EXE_SRL_OP: begin // 逻辑右移
shiftres <= reg2_i >> reg1_i[4:0];
end
`EXE_SRA_OP: begin // 算术右移
shiftres <= ({32{reg2_i[31]}}<<(6'd32-{1'b0,reg1_i[4:0]}))
| reg2_i >> reg1_i[4:0];
end
default: begin
shiftres <= `ZeroWord;
end
endcase
end //if
end //always // 根据alusel_i选择终于的运算结果
always @ (*) begin
wd_o <= wd_i;
wreg_o <= wreg_i;
case ( alusel_i )
`EXE_RES_LOGIC: begin
wdata_o <= logicout; // 选择逻辑运算结果为终于运算结果
end
`EXE_RES_SHIFT: begin
wdata_o <= shiftres; // 选择移位运算结果为终于运算结果
end
default: begin
wdata_o <= `ZeroWord;
end
endcase
end endmodule
上述代码主要是扩展了逻辑运算的过程，同一时候添加了进行移位运算的过程，最后，根据alusel_i的值，选择当中逻辑运算或移位运算的结果作为终于运算结果。
经过以上改动就实现了逻辑、移位和空指令，是不是非常easy、直观？将验证取得成效下一。
版权声明：本文博客原创文章。博客，未经同意，不得转载。
自己写CPU第五级（4）——逻辑、实现移动和空指令的更多相关文章
- 自己写CPU第五级（5）——测试逻辑、实现移动和空指令
我们会继续上传新书<自己写CPU>(未公布),今天是19片,我每星期试试4 5.6 測试程序1--測试逻辑操作实现效果 编写例如以下測试程序用于检验逻辑操作指令是否实现正确,文件名称命名为 ...
- 自己动手写CPU之第五阶段（3）——MIPS指令集中的逻辑、移位与空指令
将陆续上传本人写的新书<自己动手写CPU>(尚未出版),今天是第17篇.我尽量每周四篇 5.4 逻辑.移位操作与空指令说明 MIPS32指令集架构中定义的逻辑操作指令有8条:and.and ...
- 自己动手写CPU之第六阶段（2）——移动操作指令实现思路
将陆续上传本人写的新书<自己动手写CPU>(尚未出版),今天是第21篇,我尽量每周四篇 6.2 移动操作指令实现思路 6.2.1 实现思路 这6条移动操作指令能够分为两类:一类是不涉及特殊 ...
- 自己动手写CPU之第九阶段（2）——载入存储指令说明2（lwl、lwr）
将陆续上传新书<自己动手写CPU>.今天是第38篇,我尽量每周四篇,可是近期已经非常久没有实现这个目标了.一直都有事,不好意思哈. 开展晒书评送书活动,在q=%E4%BA%9A%E9%A9 ...
- 自己写CPU第九阶段（3）——加载存储指令说明2（swl、swr）
我们会继续上传新书<q=%E8%87%AA%E5%B7%B1%E5%8A%A8%E6%89%8B%E5%86%99CPU&ie=utf-8&src=se_lighten_quot ...
- 自己写CPU第九阶段（5）——实现负载存储指令2（改变运行阶段）
我们会继续上传新书<自己动手写CPU>.今天是第42篇.我尽量每周四篇,可是近期已经非常久没有实现这个目标了,一直都有事.不好意思哈. 开展晒书评送书活动,在q=%E4%BA%9A%E9% ...
- 自己动手写CPU之第九阶段（4）——载入存储指令实现思路
将陆续上传新书<自己动手写CPU>,今天是第40篇,我尽量每周四篇,可是近期已经非常久没有实现这个目标了,一直都有事,不好意思哈. 开展晒书评送书活动,在q=%E4%BA%9A%E9%A9 ...
- 自己动手写CPU之第五阶段（1）——流水线数据相关问题
将陆续上传本人写的新书<自己动手写CPU>(尚未出版),今天是第15篇,我尽量每周四篇 上一章建立了原始的OpenMIPS五级流水线结构,可是仅仅实现了一条ori指令,从本章開始,将逐步完 ...
- 自己动手写CPU之第五阶段（2）——OpenMIPS对数据相关问题的解决措施
将陆续上传本人写的新书<自己动手写CPU>(尚未出版).今天是第16篇.我尽量每周四篇 5.2 OpenMIPS对数据相关问题的解决措施 OpenMIPS处理器採用数据前推的方法来解决流水 ...
随机推荐
- HashMap源码解读（转）
http://www.360doc.com/content/10/1214/22/573136_78188909.shtml 最近朋友推荐的一个很好的工作,又是面了2轮没通过,已经是好几次朋友内推没过 ...
- WPF换肤之二：可拉动的窗体
原文:WPF换肤之二:可拉动的窗体 让我们接着上一章: WPF换肤之一:创建圆角窗体 来继续. 在这一章,我主要是实现对圆角窗体的拖动,改变大小功能. 拖动自绘窗体的步骤 首先,通过上节的设计,我们知 ...
- linux查看CPU和内存信息
一 先来看看ps命令: 1.查看当前某个时间点的进程:ps命令就是最基本同时也是非常强大的进程查看命令.使用该命令可以确定有哪些进程正在运行和运行的状态.进程是否结束.进程有没有僵死. 哪些进程占用了 ...
- eclipse 重构(转)
Eclipse中的重构类型 如果你看一下Eclipse的重构菜单,可以看到四部分.第一部分是撤销和重做.其他的三部分包含Eclipse提供的三种类型的重构. 第一种类型的重构改变代码的物 ...
- CMD经常使用的命令
Win7Excuting订单 win+R.运行该快捷方式.下面3一个人必须知道: ping 它是用来检查网络是否通畅或者网络连接速度的命令. 作为一个生活在网络上的管理员或者黑客来说,ping命令是第 ...
- java 线程 新类库中的构件 countDownLatch 使用
watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvbGlhbmdydWkxOTg4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQk ...
- 【ThinkingInC++】61、非成员运算符
非成员运算符 当操作者的左侧是不同的类时.运算符重载不可能是正确的类中. IostreamOperatorOverloading.cpp /** * 书本:[ThinkingInC++] * 功能:非 ...
- Sql Server函数全解<四>日期和时间函数
原文:Sql Server函数全解<四>日期和时间函数 日期和时间函数主要用来处理日期和时间值,本篇主要介绍各种日期和时间函数的功能和用法,一般的日期函数除了使用date类型的参数外, ...
- Unity--关于优化方面的那些事儿（一）
近期做一个小项目,要求包的大小不能超过30M. 晚上做了个小实验,方法的确非常本,只是曾经非常多没懂的地方如今清晰了很多,我是菜鸟!希望本文章对大家有帮助,谢谢! 实验结果: 实验结果: 1.场景中仅 ...
- [java面试题]最长的回文字符串中出现确定
<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">package com.wzw.util;</s ...