自己动手写CPU之第八阶段（4）—

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8.4.3 改动运行阶段的EX 模块

參考图8-6可知，EX模块须要添加一些接口，添加的接口描写叙述如表8-4所看到的。

EX模块的代码主要改动例如以下，完整代码请參考本书附带光盘Code\Chapter8文件夹下的ex.v文件。

module ex(

  ......

  // 处于运行阶段的转移指令要保存的返回地址

  input wire[`RegBus]           link_address_i,

  // 当前运行阶段的指令是否位于延迟槽

  input wire                    is_in_delayslot_i,	

  ...... 

);

  ......

  always @ (*) begin

  ......

    case ( alusel_i )

      `EXE_RES_LOGIC:		begin

        wdata_o <= logicout;

      end

      `EXE_RES_SHIFT:		begin

        wdata_o <= shiftres;

      end

      `EXE_RES_MOVE:		begin

        wdata_o <= moveres;

      end

      `EXE_RES_ARITHMETIC:	begin

        wdata_o <= arithmeticres;

      end

      `EXE_RES_MUL:		begin

        wdata_o <= mulres[31:0];

      end

      `EXE_RES_JUMP_BRANCH:	begin

        wdata_o <= link_address_i;

      end

      default:					begin

        wdata_o <= `ZeroWord;

      end

    endcase

end	

	......			

endmodule

假设alusel_o为EXE_RES_JUMP_BRANCH，那么就将返回地址link_address_i作为要写入目的寄存器的值赋给wdata_o。

注意一点，此处并没有利用输入的信号is_in_delayslot_i，该信号表示当前处于运行阶段的指令是否是延迟槽指令，这个信号会在异常处理过程中使用到，本章临时不须要。

8.4.4 改动OpenMIPS模块

由于有一些模块加入了接口，所以须要改动顶层模块OpenMIPS，以将这些新添加的接口依照图8-6所看到的的关系连接起来。详细改动也非常easy，不在书中列出，读者能够參考本书附带光盘Code\Chapter8文件夹下的openmips.v文件。

8.5 測试转移指令的实现效果

本节将通过两个測试程序验证转移指令是否实现正确，这两个測试程序分别验证跳转指令、分支指令。

8.5.1 測试跳转指令

測试代码例如以下，源文件是本书光盘Code\Chapter8\AsmTest\Test1文件夹下的inst_rom.S文件。

.org 0x0

.set noat

.set noreorder      # 加入这个伪操作，指示编译器不要对程序做出不论什么优化或是修改

.set nomacro

.global _start

_start:

   ori  $1,$0,0x0001   # （1）$1 = 0x1

   j    0x20           #  转移到0x20处

   ori  $1,$0,0x0002   # （2）$1 = 0x2，这是延迟槽指令

   ori  $1,$0,0x1111

   ori  $1,$0,0x1100

   .org 0x20

   ori  $1,$0,0x0003   # （3）$1 = 0x3

   jal  0x40           #  转移到0x40处，同一时候设置$31为0x2c

   div  $zero,$31,$1   # （4）此时$31 = 0x2c, $1 = 0x3，所以得到除法结果

                       #     HI = 0x2, LO = 0xe，这是延迟槽指令

   ori  $1,$0,0x0005   # （6）$1 = 0x5

   ori  $1,$0,0x0006   # （7）$1 = 0x6

   j    0x60           #  转移到0x60处

   nop

   .org 0x40

   jalr $2,$31          #  此时$31为0x2c，所以转移到0x2c，同一时候设置$2为0x48

   or   $1,$2,$0        # （5）$1 = 0x48，这是延迟槽指令

   ori  $1,$0,0x0009    # （10）$1 = 0x9

   ori  $1,$0,0x000a    # （11）$1 = 0xa

   j 0x80               #  转移到0x80处

   nop

   .org 0x60

   ori  $1,$0,0x0007    # （8）$1 = 0x7

   jr   $2              #  此时$2为0x48，所以转移到0x48处

   ori  $1,$0,0x0008    # （9）$1 = 0x8，这是延迟槽指令

   ori  $1,$0,0x1111

   ori  $1,$0,0x1100

   .org 0x80

   nop

_loop:

   j _loop

   nop

8.5.2 測试分支指令

測试代码例如以下，源文件是本书光盘Code\Chapter8\AsmTest\Test2文件夹下的inst_rom.S文件。

.org 0x0

   .set noat

   .set noreorder

   .set nomacro

   .global _start

_start:

   ori  $3,$0,0x8000

   sll  $3,16               # 设置$3 = 0x80000000

   ori  $1,$0,0x0001        #（1）$1 = 0x1

   b    s1                  # 转移到s1处

   ori  $1,$0,0x0002        #（2）$1 = 0x2，这是延迟槽指令

1:

   ori  $1,$0,0x1111

   ori  $1,$0,0x1100

   .org 0x20

s1:

   ori  $1,$0,0x0003        #（3）$1 = 0x3

   bal  s2                  # 转移到s2处，同一时候设置$31为0x2c

   div  $zero,$31,$1        #（4）此时$31 = 0x2c, $1 = 0x3，所以除法结果为

                            #    HI = 0x2, LO = 0xe，这是延迟槽指令

   ori  $1,$0,0x1100

   ori  $1,$0,0x1111

   bne  $1,$0,s3

   nop

   ori  $1,$0,0x1100

   ori  $1,$0,0x1111

   .org 0x50

s2:

   ori  $1,$0,0x0004      #（5）$1 = 0x4

   beq  $3,$3,s3          # $3等于$3，所以会发生转移，目的地址是s3

   or   $1,$31,$0         #（6）$1 = 0x2c，这是延迟槽指令

   ori  $1,$0,0x1111

   ori  $1,$0,0x1100

2:

   ori  $1,$0,0x0007      #（9）$1 = 0x7

   ori  $1,$0,0x0008      #（10）$1 = 0x8

   bgtz $1,s4             # 此时$1为0x8，大于0，所以转移至标号s4处

   ori  $1,$0,0x0009      #（11）$1 = 0x9，这是延迟槽指令

   ori  $1,$0,0x1111

   ori  $1,$0,0x1100

   .org 0x80

s3:

   ori  $1,$0,0x0005      #（7）$1 = 0x5

   bgez $1,2b             # 此时$1为0x5，大于0，所以转移至前面的标号2处

   ori  $1,$0,0x0006      #（8）$1 = 0x6，这是延迟槽指令

   ori  $1,$0,0x1111

   ori  $1,$0,0x1100

   .org 0x100

s4:

   ori  $1,$0,0x000a      #（12）$1 = 0xa

   bgezal $3,s3           # 此时$3为0x80000000，小于0，所以不发生转移

   or   $1,$0,$31         #（13）$1 = 0x10c

   ori  $1,$0,0x000b      #（14）$1 = 0xb

   ori  $1,$0,0x000c      #（15）$1 = 0xc

   ori  $1,$0,0x000d      #（16）$1 = 0xd

   ori  $1,$0,0x000e      #（17）$1 = 0xe

   bltz $3,s5             # 此时$3为0x80000000，小于0，所以发生转移，转移至s5处

   ori  $1,$0,0x000f      #（18）$1 = 0xf，这是延迟槽指令

   ori  $1,$0,0x1100

   .org 0x130

s5:

   ori  $1,$0,0x0010      #（19）$1 = 0x10

   blez $1,2b             # 此时$1为0x10，大于0，所以不发生转移

   ori  $1,$0,0x0011      #（20）$1 = 0x11

   ori  $1,$0,0x0012      #（21）$1 = 0x12

   ori  $1,$0,0x0013      #（22）$1 = 0x13

   bltzal $3,s6           # 此时$3为0x80000000，小于0，所以发生转移，转移到s6处

   or   $1,$0,$31         #（23）$1 = 0x14c，这是延迟槽指令

   ori  $1,$0,0x1100

   .org 0x160

s6:

   ori $1,$0,0x0014       #（24）$1 = 0x14

   nop

_loop:

   j _loop

   nop

上面的測试程序使用到了全部的分支指令，程序的凝视给出了寄存器$1的变化情况，及指令运行顺序，注意寄存器$1的变化是依照凝视中的序号顺序进行的。ModelSim仿真结果如图8-9所看到的，观察$1的变化可知OpenMIPS正确实现了分支指令。

至此，转移指令也实现完成了，下一步将实现载入存储指令，敬请关注！