單指令週期CPU---算術操作指令(1)---簡單算術操作指令的實現
程式碼放在github上
在之前實現的基礎上繼續增加了15條簡單算術操作指令（add、addi、addiu、addu、sub、subu、clo、clz、slt、slti、sltiu、sltu、mul、mult、multu）
之前操作的傳送門：
單指令週期ori指令的實現
單指令週期CPU—–邏輯、移位操作和空指令
單指令週期CPU——移動操作指令的實現
指令介紹
MIPS32指令集架構定義的所有算術操作指令，共有21條
共有三類，分別是：
- 簡單算術指令
- 乘累加、乘累減指令
- 除法指令
簡單算術操作指令介紹
一共有15條指令分別是：add、addi、addiu、addu、sub、subu、clo、clz、slt、slti、sltiu、sltu、mul、mult、multu
1. add、addu、sub、subu、slt、sltu指令
add、addu、sub、subu、slt、sltu指令格式為：
由指令格式可以看出這六條指令指令碼都是6’b000000即SPECIAL類，而且指令的第6\~10bit都是0，根據指令的功能碼(0\~5bit)來判斷是那一條指令
- ADD(功能碼是6’b100000):加法運算，用法：add rd,rs,rt；作用：rd <- rs+rt，將地址為rs的通用暫存器的值與地址為rt的通用暫存器的值進行加法運算，結果儲存到地址為rd的通用暫存器中。如果加法運算溢位，那麼會產生溢位異常，同時不儲存結果。
- ADDU(功能碼是6’b100001)
- SUB(功能碼是6’b100010):減法運算，用法：sub rd,rs,rt; 作用：rd <- rs-rt,將地址為rs的通用暫存器的值與地址為rt的通用暫存器的值進行減法運算，結果儲存到地址為rd的通用暫存器中。如果減法運算溢位，那麼產生溢位異常，同時不儲存結果。
- SUBU(功能碼是6’b100011):減法運算，用法：subu rd,rs,rt; 作用：rd <- rs-rt將地址為rs的通用暫存器的值與地址為rt的通用暫存器的值進行減法運算，結果儲存到地址為rd的通用暫存器中。不進行溢位檢查，總是將結果儲存到目的暫存器。
- SLT(功能碼是6’b101010):比較運算，用法：slt rd,rs,rt; 作用：rd <- (rs
2. addi、addiu、slti、sltiu指令
addi、addiu、slti、sltiu指令格式為：
由指令格式可以看出，依據指令碼(26\~31bit)判斷是哪一種指令
- ADDI(指令碼是6’b001000):加法運算，用法：addi rt,rs,immediate; 作用：rt <- rs+(sign_extended)immediate,將指令中16位立即數進行符號擴充套件，與地址為rs的通用暫存器進行加法運算，結果儲存到地址為rt的通用暫存器。如果加法運算溢位，則產生溢位異常，同時不儲存結果。
- ADDIU(指令碼是6’b001001):加法運算，用法：addiu rt,rs,immediate; 作用：rt <- rs+(sign_extended)immediate,將指令中16位立即數進行符號擴充套件，與地址為rs的通用暫存器進行加法運算，結果儲存到地址為rt的通用暫存器。不進行溢位檢查，總是將結果儲存到目的暫存器。
- SLTI(功能碼是6’b001010):比較運算，用法：slti rt,rs,immediate; 作用：rt <- (rs<(sign_extended)immediate)將指令中的16位立即數進行符號擴充套件，與地址為rs的通用暫存器的值按照有符號數進行比較，若前者小於後者，那麼將1儲存到地址為rt的通用暫存器，若前者大於後者，則將0儲存到地址為rt的通用暫存器中
- SLTIU(功能碼是6’b001011):比較運算，用法：sltiu rt,rs,immediate; 作用：rt <- (rs<(sign_extended)immediate)將指令中的16位立即數進行符號擴充套件，與地址為rs的通用暫存器的值按照無符號數進行比較，若前者小於後者，那麼將1儲存到地址為rt的通用暫存器，若前者大於後者，則將0儲存到地址為rt的通用暫存器中
3. clo、clz指令
clo、clz的指令格式：
由指令格式可以看出，這兩條指令的指令碼(26\~31bit)都是6’b011100,即是SPECIAL2類；而且第6\~10bit都為0，根據指令中的功能碼(0\~5bit)判斷是哪一條指令
- CLZ(功能碼是6’b100000):計數運算，用法：clz rd,rs; 作用：rd <- coun_leading_zeros rs,對地址為rs的通用暫存器的值，從最高位開始向最低位方向檢查，直到遇到值為“1”的位，將該為之前“0”的個數儲存到地址為rd的通用暫存器中，如果地址為rs的通用暫存器的所有位都為0(即0x00000000),那麼將32儲存到地址為rd的通用暫存器中
- CLO(功能碼是6’b100001):計數運算，用法：clo,rd,rs; 作用：rd <- coun_leading_zeros rs對地址為rs的通用暫存器的值，從最高位開始向最低位方向檢查，直到遇到值為“0”的位，將該為之前“1”的個數儲存到地址為rd的通用暫存器中，如果地址為rs的通用暫存器的所有位都為1(即0xFFFFFFFF),那麼將32儲存到地址為rd的通用暫存器中
4. multu、mult、mul指令
multu、mult、mul的指令格式：
由指令格式可以看出，mul指令的指令碼(26\~31bit)都是6’b011100,即是SPECIAL2類，mult和multu這兩條指令的指令碼(26\~31bit)都是6’b000000,即是SPECIAL類；有著不同的功能碼(0\~5bit)
- mul(指令碼是SPECIAL2,功能碼是6’b000010):乘法運算，用法：mul,rd,rs,st; 作用：rd <- rs * rt,將地址為rs的通用暫存器的值與地址為rt的通用暫存器的值作為有符號數相乘，乘法結果低32bit儲存到地址為rd的通用暫存器中
- mult(指令碼是SPECIAL,功能碼是6’b011000):乘法運算，用法：mult,rs,st; 作用：{hi,lo} <- rs * rt,將地址為rs的通用暫存器的值與地址為rt的通用暫存器的值作為有符號數相乘，乘法結果低32bit儲存到LO暫存器中，高32bit儲存到HI暫存器中
- multu(指令碼是SPECIAL,功能碼是6’b011001):乘法運算，用法：mult,rs,st; 作用：{hi,lo} <- rs * rt,將地址為rs的通用暫存器的值與地址為rt的通用暫存器的值作為無符號數相乘，乘法結果低32bit儲存到LO暫存器中，高32bit儲存到HI暫存器中
新增相關巨集定義
`define EXE_SLT 6'b101010 //指令SLT的功能碼
`define EXE_SLTU 6'b101011 //指令SLTU的功能碼
`define EXE_SLTI 6'b001010 //指令SLTI的指令碼
`define EXE_SLTIU 6'b001011 //指令SLTIU的指令碼
`define EXE_ADD 6'b100000 //指令ADD的功能碼
`define EXE_ADDU 6'b100001 //指令ADDU的功能碼
`define EXE_SUB 6'b100010 //指令SUB的功能碼
`define EXE_SUBU 6'b100011 //指令SUBU的功能碼
`define EXE_ADDI 6'b001000 //指令ADDI的指令碼
`define EXE_ADDIU 6'b001001 //指令ADDIU的指令碼
`define EXE_CLZ 6'b100000 //指令CLZ的功能碼
`define EXE_CLO 6'b100001 //指令CLO的功能碼
`define EXE_MULT 6'b011000 //指令MULT的功能碼
`define EXE_MULTU 6'b011001 //指令MULTU的功能碼
`define EXE_MUL 6'b000010 //指令MUL的功能碼
`define EXE_SPECIAL2_INST 6'b011100 //special2類的指令碼
//AluOp
`define EXE_SLT_OP 8'b00101010
`define EXE_SLTU_OP 8'b00101011
`define EXE_SLTI_OP 8'b01010111
`define EXE_SLTIU_OP 8'b01011000
`define EXE_ADD_OP 8'b00100000
`define EXE_ADDU_OP 8'b00100001
`define EXE_SUB_OP 8'b00100010
`define EXE_SUBU_OP 8'b00100011
`define EXE_ADDI_OP 8'b01010101
`define EXE_ADDIU_OP 8'b01010110
`define EXE_CLZ_OP 8'b10110000
`define EXE_CLO_OP 8'b10110001
`define EXE_MULT_OP 8'b00011000
`define EXE_MULTU_OP 8'b00011001
`define EXE_MUL_OP 8'b10101001
//AluSel
`define EXE_RES_ARITHMETIC 3'b100
`define EXE_RES_MUL 3'b101修改譯碼階段ID模組
根據指令的指令碼，和功能碼確定是哪一條指令，再由具體的指令給出譯碼結果
case(op)
`EXE_SPECIAL_INST: begin //SPECIAL
case(op2)
5'b00000: begin
case(op3)
...
`EXE_SLT: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SLT_OP;
alusel_o <=`EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_SLTU: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SLTU_OP;
alusel_o <=`EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_ADD: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_ADD_OP;
alusel_o <=`EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_ADDU: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_ADDU_OP;
alusel_o <=`EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_SUB: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SUB_OP;
alusel_o <=`EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_SUBU: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SUBU_OP;
alusel_o <=`EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_MULT: begin
wreg_o <= `WriteDisable;
aluop_o <= `EXE_MULT_OP;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_MULTU: begin
wreg_o <= `WriteDisable;
aluop_o <= `EXE_MULTU_OP;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
default: begin
end
endcase //op3
end
default: begin
end
endcase //op2
end //SPECIAL
`EXE_SLTI: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SLT_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
imm <= {{16{inst_i[15]}}, inst_i[15:0]}; wd_o <= inst_i[20:16];
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_SLTIU: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_SLTU_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
imm <= {{16{inst_i[15]}}, inst_i[15:0]}; wd_o <= inst_i[20:16];
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_ADDI: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_ADDI_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
imm <= {{16{inst_i[15]}}, inst_i[15:0]}; wd_o <= inst_i[20:16];
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_ADDIU: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_ADDIU_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
imm <= {{16{inst_i[15]}}, inst_i[15:0]}; wd_o <= inst_i[20:16];
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_SPECIAL2_INST: begin
case ( op3 )
`EXE_CLZ: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_CLZ_OP;
alusel_o <=`EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_CLO: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_CLO_OP;
alusel_o <=`EXE_RES_ARITHMETIC;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_MUL: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_MUL_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_MUL;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
end
default:begin
end
endcase //SPECIAL2 OP3
end//SPECIAL2
...這些簡單算術操作指令的指令操作型別都是EXE_RES_ARITHMETIC
- add、addu、sub、subu、slt、sltu：需要兩個暫存器的值分別作為兩個運算元，所以設定reg1_read_o和reg2_read_o都為1，運算完後結果需要寫入目的暫存器，所以設定wreg_o為WriteEnable，寫入目的暫存器地址wd_o是指令中16\~20bit的值
- addi、addiu、subi、subiu：只需要讀取一個暫存器的值作為第一個運算元，即設定reg1_read_o為1，reg2_read_o為0，第二個運算元為立即數進行符號擴充套件後的值，運算完後結果需要寫入目的暫存器，所以設定wreg_o為WriteEnable,寫入目的暫存器地址wd_o是指令中16\~20bit的值
- mult、multu:需要兩個暫存器的值分別作為兩個運算元，所以設定reg1_read_o和reg2_read_o都為1,運算完後結果需要不需要寫入通用暫存器，而是寫入HI、LO暫存器所以設定wreg_o為WriteDisable
- mul：需要兩個暫存器的值分別作為兩個運算元，所以設定reg1_read_o和reg2_read_o都為1，aluop_o為EXE_MUL_OP運算完後結果需要寫入目的暫存器，所以設定wreg_o為WriteEnable，寫入目的暫存器地址wd_o是指令中11\~15bit的值
- clo、clz：只需要讀取一個暫存器的值作為第一個運算元，即設定reg1_read_o為1，reg2_read_o為0，運算完後結果需要寫入目的暫存器，所以設定wreg_o為WriteEnable，寫入目的暫存器地址wd_o是指令中11\~15bit的值
修改執行階段EX模組
根據譯碼階段的結果，來進行相關的執行操作
1. 新增一些新的變數
reg[`RegBus] arithmeticres; //儲存算術運算結果
wire ov_sum; //儲存溢位情況
wire reg1_eq_reg2; //第一個運算元是否等於第二個運算元
wire reg1_lt_reg2; //第一個運算元是否小於第二個運算元
wire[`RegBus] reg2_i_mux; //儲存輸入的第二個操作reg2_i的補碼
wire[`RegBus] reg1_i_not; //儲存輸入的第一個運算元reg1_i取反後的值
wire[`RegBus] result_sum; //儲存加法結果
wire[`RegBus] opdata1_mult; //乘法操作中的被乘數
wire[`RegBus] opdata2_mult; //乘法操作中的乘數
wire[`DoubleRegBus] hilo_temp; //臨時儲存乘法結果，寬度為64位
reg[`DoubleRegBus] mulres; //儲存乘法結果，寬度為64位2. 計算五個變數的值
2.1 reg2_i_mux
如果是減法或者有符號比較運算，那麼reg2_i_mux等於第二個運算元reg2_i的補碼，否則reg2_i_mux等於第二個運算元reg2_i
assign reg2_i_mux = ((aluop_i == `EXE_SUB_OP) || (aluop_i == `EXE_SUBU_OP) ||
(aluop_i == `EXE_SLT_OP)) ? (~reg2_i)+1 : reg2_i;
2.2 result_sum
- 如果是加法運算，此時reg2_i_mux就是第二個運算元reg2_i,所以result_sum就是加法運算的結果
- 如果是減法運算，此時reg2_i_mux是第二個運算元reg2_i的補碼，所以result_sum就是減法運算的結果
- 如果是有符號比較運算，此時reg2_i_mux也是第二個運算元reg2_i的補碼，所以result_sum也是減法運算的結果，可以通過判斷減法結果是否小於零，進而判斷第一個運算元reg1_i是否小於第二個運算元reg2_i
assign result_sum = reg1_i + reg2_i_mux;2.3 ov_sum
計算是否溢位，加法指令(add和addi)、減法指令(sub)執行的時候，需要判斷是否溢位，滿足一下兩種情況時，有溢位：
- reg1_i為正數，reg2_i_mux為正數，但是兩者之和為負數
- reg1_i為負數，reg2_i_mux為負數，但是兩者之和為正數
assign ov_sum = ((!reg1_i[31] && !reg2_i_mux[31]) && result_sum[31]) ||
((reg1_i[31] && reg2_i_mux[31]) && (!result_sum[31]));2.4 reg1_lt_reg2
計算運算元1是否小於運算元2，分兩種情況
- aluop_i為EXE_SLT_OP表示有符號比較運算：
reg1_i為負數、reg2_i為正數，顯然reg1_i小於reg2_i
reg1_i為正數、reg2_i為正數，並且reg1_i減去reg2_i的值小於0(即result_sum為負)，此時也有reg1_i小於reg2_i
reg1_i為負數、reg2_i為負數，並且並且reg1_i減去reg2_i的值小於0(即result_sum為負)，此時也有reg1_i小於reg2_i
- 無符號數比較的時候u，直接使用比較運算子比較reg1_i與reg2_i
assign reg1_lt_reg2 = ((aluop_i == `EXE_SLT_OP)) ? ((reg1_i[31] && !reg2_i[31])
|| (!reg1_i[31] && !reg2_i[31] && result_sum[31])
|| (reg1_i[31] && reg2_i[31] && result_sum[31])) : (reg1_i < reg2_i);2.5 reg1_i_not
對運算元1逐位取反，賦給reg1_i_not
assign reg1_i_not = ~reg1_i;3. 依據不同的算術運算型別，給arithmeticres變數賦值
always @ (*) begin
if(rst == `RstEnable)begin
arithmeticres <= `ZeroWord;
end else begin
case(aluop_i)
`EXE_SLT_OP,`EXE_SLTU_OP:begin //比較運算
arithmeticres <= reg1_lt_reg2;
end
`EXE_ADD_OP,`EXE_ADDU_OP,`EXE_ADDI_OP,`EXE_ADDIU_OP:begin //加法運算
arithmeticres <= result_sum;
end
`EXE_SUB_OP,`EXE_SUBU_OP:begin //減法運算
arithmeticres <= result_sum;
end
`EXE_CLZ_OP:begin //計數運算clz
arithmeticres <= reg1_i[31] ? 0 : reg1_i[30] ? 1 : reg1_i[29] ? 2 :
reg1_i[28] ? 3 : reg1_i[27] ? 4 : reg1_i[26] ? 5 :
reg1_i[25] ? 6 : reg1_i[24] ? 7 : reg1_i[23] ? 8 :
reg1_i[22] ? 9 : reg1_i[21] ? 10 : reg1_i[20] ? 11 :
reg1_i[19] ? 12 : reg1_i[18] ? 13 : reg1_i[17] ? 14 :
reg1_i[16] ? 15 : reg1_i[15] ? 16 : reg1_i[14] ? 17 :
reg1_i[13] ? 18 : reg1_i[12] ? 19 : reg1_i[11] ? 20 :
reg1_i[10] ? 21 : reg1_i[9] ? 22 : reg1_i[8] ? 23 :
reg1_i[7] ? 24 : reg1_i[6] ? 25 : reg1_i[5] ? 26 :
reg1_i[4] ? 27 : reg1_i[3] ? 28 : reg1_i[2] ? 29 :
reg1_i[1] ? 30 : reg1_i[0] ? 31 : 32 ;
end
`EXE_CLO_OP:begin //計數運算clo
arithmeticres <= (reg1_i_not[31] ? 0 : reg1_i_not[30] ? 1 : reg1_i_not[29] ? 2 :
reg1_i_not[28] ? 3 : reg1_i_not[27] ? 4 : reg1_i_not[26] ? 5 :
reg1_i_not[25] ? 6 : reg1_i_not[24] ? 7 : reg1_i_not[23] ? 8 :
reg1_i_not[22] ? 9 : reg1_i_not[21] ? 10 : reg1_i_not[20] ? 11 :
reg1_i_not[19] ? 12 : reg1_i_not[18] ? 13 : reg1_i_not[17] ? 14 :
reg1_i_not[16] ? 15 : reg1_i_not[15] ? 16 : reg1_i_not[14] ? 17 :
reg1_i_not[13] ? 18 : reg1_i_not[12] ? 19 : reg1_i_not[11] ? 20 :
reg1_i_not[10] ? 21 : reg1_i_not[9] ? 22 : reg1_i_not[8] ? 23 :
reg1_i_not[7] ? 24 : reg1_i_not[6] ? 25 : reg1_i_not[5] ? 26 :
reg1_i_not[4] ? 27 : reg1_i_not[3] ? 28 : reg1_i_not[2] ? 29 :
reg1_i_not[1] ? 30 : reg1_i_not[0] ? 31 : 32) ;
end
default:begin
arithmeticres <= `ZeroWord;
end
endcase
end
end4. 進行乘法運算
4.1計算opdata1_mult
取得乘法運算的被除數，如果是有符號乘法且被乘數是負數，則取補碼
assign opdata1_mult=(((aluop_i == `EXE_MUL_OP) || (aluop_i == `EXE_MULT_OP))
&& (reg1_i[31] == 1'b1)) ? (~reg1_i + 1) : reg1_i;
4.2 取得乘法運算的除數，如果是有符號乘法且被乘數是負數，則取補碼
assign opdata2_mult=(((aluop_i == `EXE_MUL_OP) || (aluop_i == `EXE_MULT_OP))
&& (reg2_i[31] ==1'b1)) ? (~reg2_i+1) : reg2_i;
4.3 得到臨時乘法結果，儲存變數hilo_temp中
assign hilo_temp = opdata1_mult*opdata2_mult;4.4 對臨時乘法結果進行修正，最終結果儲存在變數mulres中
如果是有符號乘法指令mul、mult：
如果被乘數與乘數一正一負，那麼需要對hilo_temp求補碼，作為最終乘法結果
如果被乘數與乘數同號，那麼hilo_temp的值為最終結果
- 如果是無符號乘法指令，則hilo_temp的值作為最終結果
//對乘法結果修正(A*B）補=A補 * B補
always @ (*) begin
if(rst == `RstEnable) begin
mulres <= {`ZeroWord,`ZeroWord};
end else if ((aluop_i == `EXE_MULT_OP) || (aluop_i == `EXE_MUL_OP))begin
if(reg1_i[31] ^ reg2_i[31] == 1'b1) begin
mulres <= ~hilo_temp + 1;
end else begin
mulres <= hilo_temp;
end
end else begin
mulres <= hilo_temp;
end
end4.5 確定要寫入目的暫存器的資料
always @ (*) begin
wd_o <= wd_i; //要寫的目的暫存器地址
//如果是add、addi、sub、subi、指令，且發生溢位，那麼設定wreg_o為WriteDisable，即不寫暫存器
if(((aluop_i == `EXE_ADD_OP) || (aluop_i == `EXE_ADDI_OP) || (aluop_i == `EXE_SUB_OP)) && (ov_sum == 1'b1)) begin
wreg_o <= `WriteDisable;
end else begin
wreg_o <= wreg_i;
end
case(alusel_i)
`EXE_RES_LOGIC:begin //邏輯運算
wdata_o <= logicout;
end
`EXE_RES_SHIFT:begin //移位運算
wdata_o <= shiftres;
end
`EXE_RES_MOVE: begin //移動運算
wdata_o <= moveres;
end
`EXE_RES_ARITHMETIC:begin //除乘法外簡單算術操作指令
wdata_o <= arithmeticres;
end
`EXE_RES_MUL:begin //乘法指令mul
wdata_o <= mulres[31:0];
end
default:begin
wdata_o<=`ZeroWord;
end
endcase
end4.6 確定對HI、LO暫存器的操作資訊
always @ (*) begin
if(rst == `RstEnable) begin
whilo_o <= `WriteDisable;
hi_o <= `ZeroWord;
lo_o <= `ZeroWord;
end else if((aluop_i == `EXE_MULT_OP) || (aluop_i ==`EXE_MULTU_OP))begin //mult、multu指令
whilo_o <= `WriteEnable;
hi_o <= mulres[63:32];
lo_o <= mulres[31:0];
end else if(aluop_i == `EXE_MTHI_OP) begin
whilo_o <= `WriteEnable;
hi_o <= reg1_i;
lo_o <= LO;
end else if(aluop_i == `EXE_MTLO_OP) begin
whilo_o <= `WriteEnable;
hi_o <= HI;
lo_o <= reg1_i;
end else begin
whilo_o <= `WriteDisable;
hi_o <= `ZeroWord;
lo_o <= `ZeroWord;
end
end 測試
1. 測試add、addi、addiu、addu、sub、subu指令
ori $1,$0,0x8000 # $1 = 0x8000
sll $1,$1,16 # $1 = 0x80000000
ori $1,$1,0x0010 # $1 = 0x80000010 給$1賦值
ori $2,$0,0x8000 # $2 = 0x8000
sll $2,$2,16 # $2 = 0x80000000
ori $2,$2,0x0001 # $2 = 0x80000001 給$2賦值
ori $3,$0,0x0000 # $3 = 0x00000000
addu $3,$2,$1 # $3 = 0x00000011 $1加$2，無符號加法
ori $3,$0,0x0000 # $3 = 0x00000000
add $3,$2,$1 # $2 加 $1，有符號加法，結果溢位，$3保持不變
sub $3,$1,$3 # $3 = 0x80000010 $1減去$3，有符號減法
subu $3,$3,$2 # $3 = 0xF $3減去$2,無符號減法
addi $3,$3,2 # $3 = 0x11 $3 加2，有符號加法
ori $3,$0,0x0000 # $3 = 0x00000000
addiu $3,$3,0x8000 # $3 = 0xffff8000 $3加0xffff8000 無符號加法測試結果：
2. 測試slt、sltu、slti、sltiu
or $1,$0,0xffff # $1 = 0xffff
sll $1,$1,16 # $1 = 0xffff0000 給$1賦值
slt $2,$1,$0 # $2 = 1 比較$1與0x0，有符號比較
sltu $2,$1,$0 # $2 = 0 比較$1與0x0，無符號比較
slti $2,$1,0x8000 # $2 = 1 比較$1與0xffff8000，有符號比較
sltiu $2,$1,0x8000 # $2 = 1 比較$1與0xffff8000，無符號比較測試結果：
3. 測試clo和clz指令
lui $1,0x0000 # $1 = 0x00000000 給$1賦值
clo $2,$1 # $2 = 0x00000000 統計$1中“1”之前“0”的個數
clz $2,$1 # $2 = 0x00000020 統計$1中“0”之前“1”的個數
lui $1,0xffff # $1 = 0xffff0000
ori $1,$1,0xffff # $1 = 0xffffffff 給$1賦值
clz $2,$1 # $2 = 0x00000000 統計$1中“1”之前“0”的個數
clo $2,$1 # $2 = 0x00000020 統計$1中“0”之前“1”的個數
lui $1,0xa100 # $1 = 0xa1000000 給$1賦值
clz $2,$1 # $2 = 0x00000000 統計$1中“1”之前“0”的個數
clo $2,$1 # $2 = 0x00000001 統計$1中“0”之前“1”的個數
lui $1,0x1100 # $1 = 0x11000000 給$1賦值
clz $2,$1 # $2 = 0x00000003 統計$1中“1”之前“0”的個數
clo $2,$1 # $2 = 0x00000000 統計$1中“0”之前“1”的個數測試結果：
4. 測試mul、mult、multu指令
ori $1,$0,0xffff
sll $1,$1,16
ori $1,$1,0xfffb # $1 = -5 給$1賦值
ori $2,$0,6 # $2 = 6 給$2賦值
mul $3,$1,$2 # $3 = -30 = 0xffffffe2 $1 乘以$2，有符號乘法，結果低32位儲存到$3
mult $1,$2 # hi = 0xffffffff
# lo = 0xffffffe2
# $1 乘以$2，有符號乘法，結果低32位儲存到HI LO
multu $1,$2 # hi = 0x5
# lo = 0xffffffe2
# $1 乘以$2，無符號乘法，結果低32位儲存到HI LO
nop
nop測試結果：
