【五级流水线CPU】——4.移动操作指令(6条)

1. 分析

1.1 指令

• movn、movz指令
  译码阶段新增&＃xff1a;依据读取地址rt的值是否为0&＃xff0c;判断是否写入目的寄存器
• mthi、mtlo指令
  • 译码阶段&＃xff0c;给出运算类型 alusel_o 、 运算子类型 aluop_o 的值 &＃xff0c; 同时读出 rs 的值 。 由于 mthi 、 mtlo 不写通用寄存器 &＃xff0c; 所以 wreg_o 为 WriteDisable &＃xff0c;wd_o为0 。
  • 执行阶段&＃xff0c;确定要写 HI 、 LO 寄存器的情况 &＃xff0c; 以及要写入的值 &＃xff0c; 并将这些信息传递到访存阶段 。
  • 访存阶段&＃xff0c;将这些信息再传递到回写阶段 。
  • 回写阶段&＃xff0c;依据这些信息修改 HI 、 LO 寄存器的值 &＃xff08;进行写操作&＃xff09;
• mfhi、mflo指令
  需要读寄存器HI、LO&＃xff0c;设计为在执行阶段读

1.2 数据通路图和系统结构图的改变

数据通路图主要有三个变化&＃xff1a;
(1)增加了HILO寄存器模块&＃xff0c;并且该模块放在回写阶段&＃xff08;红色方框&＃xff09;
(2)将HI、LO寄存器的值传递到执行阶段&＃xff0c;在执行阶段增加了一个选择模块&＃xff0c;用于选择要参与运算的数据&＃xff0c;如果是mfhi、mfo指令&＃xff0c;那么就会选择传递过来的HI、LO寄存器的值&＃xff08;红色线&＃xff09;
(3)数据转发&＃xff08;蓝色线&＃xff09;

图6.5 &＃x1f447;对于系统结构图的修改&＃xff1a;

2. 代码修改

2.1 HI、LO寄存器的实现

两个寄存器的接口&＃x1f447;

2.2 修改译码阶段—ID模块

根据指令确定操作类型&＃x1f447;&＃xff0c;只需根据功能码op3确定即可

2.3 修改执行阶段—EX模块、EX/MEM模块

基本都是新增接口

EX模块新增接口&＃x1f447;

EX/MEM模块新增接口&＃x1f447;

2.4 修改访存阶段—MEM模块、MEM/WB模块

MEM模块新增接口

MEM/WB模块新增接口

3. 测试5 移动操作指令

测试下面的指令&＃xff0c;主要看寄存器$4和HI、LO寄存器的值&＃xff0c;仿真验证正确

✔$4寄存器的值从 0x0 变为 0xffff0000 &＃xff0c; 并保持两个时钟周期 &＃xff0c; 然后变为0x05050000

✔HI寄存器的值&＃xff0c;hi_o&＃xff0c;从0x0变为0xffff0000&＃xff0c;最终变为0x05050000
✔LO寄存器的值&＃xff0c;从0x05050000变为0xffff0000&＃xff0c;最终变为0x0