第4章：第一条指令ori的实现

本文主要是介绍第4章：第一条指令ori的实现，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

4.1 ori指令说明

• ori指令格式：
  
  索引为rs的通用寄存器的值与扩展后的立即数进行or运算，结果存储到rt
  (1) 符号扩展
  
  （2）通用寄存器
  32个通用寄存器，使用某个通用寄存器只需要给出相应的索引，索引占用5bit

4.2 流水线结构的建立

4.2.1 流水线的简单模型

• 寄存器输出端与输入端存在环路，则这样的电路称为状态机，寄存器之间有连接，无环路，这样的电路结构称为流水
  

4.2.2 原始的OpenMIPS五级流水线结构

4.2.3 一些宏定义

• 提升代码的可读性
  

4.2.4 取指阶段的实现

1. PC模块
   PC模块的作用是给出指令地址
   
   
2. IF/ID模块
   暂时保存取指令阶段取得的指令以及对应的指令地址，并在下一个时钟传递到译码阶段
   
   

4.2.5 译码阶段的实现

1. Regfile 模块

• 实现了32个32位通用整数寄存器，可以同时进行两个寄存器的读操作和一个寄存器的写操作。
  

2. ID模块

• 作用是对指令进行译码，得到最终运算的类型，自诶行，源操作数1，源操作数2，要写入的目的寄存器地址等信息。
  
  

3. ID/EX模块
   作用是将译码阶段取得的运算类型，源操作数，要写的目的寄存器地址等结果，在下一个时钟传递到流水线执行阶段

4.2.6 执行阶段的实现

1. EX模块
   执行运算操作
   
2. EX/MEM模块
   将执行阶段取得的运算结果，在下一个时钟传递到流水线访存阶段

4.2.7 访存阶段的实现

针对ori指令，不需要访问数据存储器，在访存阶段，简单地将执行阶段的结果向回写阶段传递即可，流水线访存阶段包括MEM,MEM/WB两个模块

1. MEM模块
   将执行结果直接作为输出
2. MEM/WB模块
   与MEM相似，将输入信号传递到对应的输出端口

4.2.8 回写阶段的实现

这个阶段实际是在Regfile模块中实现的，完成指令运算结果写入目的寄存器的功能

4.2.9 顶层模块OpenMIPS的实现

功能是对上述各个模块进行例化，连线

验证OpenMIPS实现效果

4.3.1 指令存储器ROM的实现

验证之前首先实现指令存储器，以便OpenMIPS从中读取指令。

4.3.2 最小SOPC的实现

4.3.3 编写测试程序

由于GCC编译器的安装、使用、Makefile文件的制作还需不少篇幅，本届采用手工编译的方式编译测试程序。

4.3.4 建立TestBench文件

给出最小SOPC运行的时钟，复位信号

4.3.5 使用ModelSim检验OpenMIPS实现效果

仿真检验实现效果

4.4 MIPS编译环境的建立

该文章的OpenMIPS设计时就计划与MIPS32指令集架构兼容，可以使用MIPS32架构下已有的GNU开发工具链。

4.4.1 VisalBox的安装与设置

GNU工具链要安装在Linux环境下，VisualBox是一款开源的虚拟机软件，

4.4.2 GNU工具链的安装

GNU工具链常用工具：
as:GNU汇编器：对汇编源程序进行编译产生目标文件
ld:GNU连接器：对目标文件进行链接，重定位数据产生可执行文件
objcopy:用于将一种格式的目标文件复制为另一种格式
readelf:类似objdump,但只能处理ELF格式文件

4.4.3 使用GNU工具进行编译

测试程序：

编译代码与结果：

产生elf文件

4.4.4 使用GNU工具进行链接

将可重定位ELF文件通过链接转化为可执行文件inst_rom.om，其为elf格式

4.4.5 得到ROM初始化文件

将inst_rom.om转化为二进制格式inst_rom.bin，并转化为存储器初始化文件的格式。

4.4.6 编写Makefile文件

目的是将上面4条命令使用一条命令替换，得到存储器初始化文件

4.5第一条指令实现小结

1. 实现了ori
2. 实现了最小SOPC
3. 仿真验证了ori正确性
4. 详细介绍从汇编到存储器初始化文件的过程

这篇关于第4章：第一条指令ori的实现的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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