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inst_rom.S，在本附带光盘Code\Chapter5_2\AsmTest\LogicInstTest文件夹下有測试程序源文件。

.org 0x0

.global _start

.set noat

_start:

lui  $1,0x0101           # $1 = 0x01010000

ori  $1,$1,0x0101        # $1 = $1 | 0x0101 = 0x01010101

ori  $2,$1,0x1100        # $2 = $1 | 0x1100 = 0x01011101

or   $1,$1,$2            # $1 = $1 | $2     = 0x01011101

andi $3,$1,0x00fe        # $3 = $1 & 0x00fe = 0x00000000

and  $1,$3,$1            # $1 = $3 & $1     = 0x00000000

xori $4,$1,0xff00        # $4 = $1 ^ 0xff00 = 0x0000ff00

xor  $1,$4,$1            # $1 = $4 ^ $1     = 0x0000ff00

nor  $1,$4,$1            # $1 = $4 ~^ $1    = 0xffff00ff

在程序的凝视中给出了程序预期运行效果，在这里就是寄存器$1-$4的变化情况。

将上述inst_rom.S文件，与第4章建立的Bin2Mem.exe、Makefile、ram.ld这三个文件复制到Ubuntu虚拟机中的同一个文件夹下。打开终端，使用cd命令进入该文件夹，然后输入make all，就可以得到用于ModelSim仿真的inst_rom.data文件。

在ModelSim中新建一个project，加入本书光盘Code\Chapter5_2文件夹下的全部.v文件，然后能够编译。

再复制上面得到的inst_rom.data文件到ModelSimproject的文件夹下。就能够进行仿真了。上述仿真步骤以后不再反复说明。

ModelSim仿真结果如图5-16所看到的，regs[1]、regs[2]、regs[3]、regs[4]各自是寄存器$1、$2、$3、$4，观察这4个寄存器值的变化，可知符合预期，所以OpenMIPS正确实现了逻辑操作指令。

5.7 測试程序2——測试移位操作与空指令实现效果

编写例如以下測试程序用于检验移位操作与空指令是否实现正确，文件名称依旧命名为inst_rom.S，在本书光盘的Code\Chapter5_2\AsmTest\ShiftInstTest文件夹下有測试程序源文件。

.org 0x0

.set noat

.global _start

_start:

lui   $2,0x0404    # $2 = 0x04040000

ori   $2,$2,0x0404 # $2 = 0x04040000 | 0x0404 = 0x04040404

ori   $7,$0,0x7

ori   $5,$0,0x5

ori   $8,$0,0x8

sync

sll   $2,$2,8      # $2 = 0x40404040 sll 8  = 0x04040400

sllv  $2,$2,$7     # $2 = 0x04040400 sll 7  = 0x02020000

srl   $2,$2,8      # $2 = 0x02020000 srl 8  = 0x00020200

srlv  $2,$2,$5     # $2 = 0x00020200 srl 5  = 0x00001010

nop

pref

sll   $2,$2,19     # $2 = 0x00001010 sll 19 = 0x80800000

ssnop

sra   $2,$2,16     # $2 = 0x80800000 sra 16 = 0xffff8080

srav  $2,$2,$8     # $2 = 0xffff8080 sra 8  = 0xffffff80

在程序的凝视中给出了程序预期运行效果，主要就是寄存器$2的变化情况。

ModelSim仿真结果如图5-17所看到的，观察寄存器$2的变化能够知道OpenMIPS正确实现了移位操作指令与空指令。

5.8 小结

本章首先分析了流水线中存在的数据相关问题，然后使用数据前推的方法攻克了数据相关问题。随后改动OpenMIPS。实现了对逻辑、移位操作和空指令的支持，主要改动的是译码阶段的ID模块、运行阶段的EX模块。

当中。在ID模块加入对新指令的译码，在EX模块加入对新的运算类型的支持。

将从下一个操作命令，将实现，敬请关注！