CPU数据通路设计

Posted 2020-12-14 ttct

指令的格式如下：

 

对于R型指令：

 可以完成的功能包括add、sub、and、or、xor等指令，用三个寄存器：rs、rt、rd进行运算，rd用来数据结果的存储，rs，rt则存运算的两个数据，简单的数据通路设计如下：

对于R指令op字段提供类型(R,I,J),func字段提供具体的运算类型，每个操作都有一个具体的类型码，通过这两个字段，控制单元产生对应的信号。

aluc:运算器控制信号      wreg:寄存器写信号

 

 对于R型移位指令，移位位数由指令字段给出，两个操作数分别为Rt和sa给出，通过写寄存器指令将结果写到寄存器Rd中。PC为指令，其中含有指令格式，PC将op与func子段的值给控制单元，控制单元产生指令对应的信号，下一条指令的PC=PC+4。

shift:产生移位信号，控制多路选择器选择移位的数据还是正常的数据。

 对于I型指令：

 

 操作数两位由Rs与立即数给出，结果存放在rt中。imm只有16位所以对于的位用0或符号扩展法进行扩展。

e:控制符号扩展或者0扩展　　　　aluimm:控制信号，表明进行立即数的运算

 

对于I型指令的访存与写回指令：

地址=逻辑地址+物理地址

LW：将存储器某一地址单元的数据加载到寄存器Rt中

SW：将寄存器Rt数据写到存储器某一地址单元中

对于寄存器寻址的计算方法：某一通用寄存器的值Rs+16位符号扩展的立即数=ADDR

wmem:写存储器信号　　m2reg:存储器向寄存器写信号

0:PC+4

1:分支指令

2：寄存器寻址指令，寄存器Rt的值为PC执行的地址

3：跳转指令

对于I型指令中的条件转移指令，跳转的PC值=PC+4+SignEXT(imm)，但是计算的时候我们还要对扩展后的imm进行左移两位的操作，其原因为：mips的指令长度为4个字节，所以指令地址一定为4的倍数，因而地址后两位一定为0，因此offset左移两位使偏移量变为4的倍数，保持地址最后两位为0。

对于J型指令，跳转的目标地址有target给出，jump target 是26位的。

j指令，跳转指令，跳到target给出的目标地址，高地址4位由PC给出，低地址由addr给出，二者拼接成为32位地址。addr是26位，通过左移两位成28位，因为所有指令在内存中都是4字节对齐的，因此最低的2个比特位是无需存储的，最低为“00”。

 

 

jal指令与jr指令与子程序调用返回有关系。jr指令是使用寄存器跳转是R型指令。jal进行函数调用，函数完成后要返回到指令之前进行的位置，所以要把跳转之前的下一条指令的地址存储起来，即将PC+4存到寄存器中。

regrt:控制将结果写到Rt还是Rd中　　jal:控制是否进行函数调用，若进行调用，将PC的值存到寄存器中