单指令周期CPU---算术操作指令(1)---简单算术操作指令的实现_单周期cpu的基本指令-程序员宅基地
技术标签： Verilog cpu mips单周期cpu
代码放在github上
在之前实现的基础上继续增加了15条简单算术操作指令（add、addi、addiu、addu、sub、subu、clo、clz、slt、slti、sltiu、sltu、mul、mult、multu）
之前操作的传送门：
单指令周期ori指令的实现
单指令周期CPU—–逻辑、移位操作和空指令
单指令周期CPU——移动操作指令的实现
指令介绍
MIPS32指令集架构定义的所有算术操作指令，共有21条
共有三类，分别是：
- 简单算术指令
- 乘累加、乘累减指令
- 除法指令
简单算术操作指令介绍
一共有15条指令分别是：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指令格式为：
由指令格式可以看出这六条指令指令码都是6’b000000即SPECIAL类，而且指令的第6\~10bit都是0，根据指令的功能码(0\~5bit)来判断是那一条指令
- ADD(功能码是6’b100000):加法运算，用法：add rd,rs,rt；作用：rd <- rs+rt，将地址为rs的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值进行加法运算，结果保存到地址为rd的通用寄存器中。如果加法运算溢出，那么会产生溢出异常，同时不保存结果。
- ADDU(功能码是6’b100001):加法运算，用法：addu rd,rs,rt; 作用：rd <-rs+rd,将地址为rs的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值进行加法运算，结果保存到rd的通用寄存器中。不进行溢出检查，总是将结果保存到目的寄存器。
- SUB(功能码是6’b100010):减法运算，用法：sub rd,rs,rt; 作用：rd <- rs-rt,将地址为rs的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值进行减法运算，结果保存到地址为rd的通用寄存器中。如果减法运算溢出，那么产生溢出异常，同时不保存结果。
- SUBU(功能码是6’b100011):减法运算，用法：subu rd,rs,rt; 作用：rd <- rs-rt将地址为rs的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值进行减法运算，结果保存到地址为rd的通用寄存器中。不进行溢出检查，总是将结果保存到目的寄存器。
- SLT(功能码是6’b101010):比较运算，用法：slt rd,rs,rt; 作用：rd <- (rs
2. addi、addiu、slti、sltiu指令
addi、addiu、slti、sltiu指令格式为：
由指令格式可以看出，依据指令码(26\~31bit)判断是哪一种指令
- ADDI(指令码是6’b001000):加法运算，用法：addi rt,rs,immediate; 作用：rt <- rs+(sign_extended)immediate,将指令中16位立即数进行符号扩展，与地址为rs的通用寄存器进行加法运算，结果保存到地址为rt的通用寄存器。如果加法运算溢出，则产生溢出异常，同时不保存结果。
- ADDIU(指令码是6’b001001):加法运算，用法：addiu rt,rs,immediate; 作用：rt <- rs+(sign_extended)immediate,将指令中16位立即数进行符号扩展，与地址为rs的通用寄存器进行加法运算，结果保存到地址为rt的通用寄存器。不进行溢出检查，总是将结果保存到目的寄存器。
- SLTI(功能码是6’b001010):比较运算，用法：slti rt,rs,immediate; 作用：rt <- (rs<(sign_extended)immediate)将指令中的16位立即数进行符号扩展，与地址为rs的通用寄存器的值按照有符号数进行比较，若前者小于后者，那么将1保存到地址为rt的通用寄存器，若前者大于后者，则将0保存到地址为rt的通用寄存器中
- SLTIU(功能码是6’b001011):比较运算，用法：sltiu rt,rs,immediate; 作用：rt <- (rs<(sign_extended)immediate)将指令中的16位立即数进行符号扩展，与地址为rs的通用寄存器的值按照无符号数进行比较，若前者小于后者，那么将1保存到地址为rt的通用寄存器，若前者大于后者，则将0保存到地址为rt的通用寄存器中
3. clo、clz指令
clo、clz的指令格式：
由指令格式可以看出，这两条指令的指令码(26\~31bit)都是6’b011100,即是SPECIAL2类；而且第6\~10bit都为0，根据指令中的功能码(0\~5bit)判断是哪一条指令
- CLZ(功能码是6’b100000):计数运算，用法：clz rd,rs; 作用：rd <- coun_leading_zeros rs,对地址为rs的通用寄存器的值，从最高位开始向最低位方向检查，直到遇到值为“1”的位，将该为之前“0”的个数保存到地址为rd的通用寄存器中，如果地址为rs的通用寄存器的所有位都为0(即0x00000000),那么将32保存到地址为rd的通用寄存器中
- CLO(功能码是6’b100001):计数运算，用法：clo,rd,rs; 作用：rd <- coun_leading_zeros rs对地址为rs的通用寄存器的值，从最高位开始向最低位方向检查，直到遇到值为“0”的位，将该为之前“1”的个数保存到地址为rd的通用寄存器中，如果地址为rs的通用寄存器的所有位都为1(即0xFFFFFFFF),那么将32保存到地址为rd的通用寄存器中
4. multu、mult、mul指令
multu、mult、mul的指令格式：
由指令格式可以看出，mul指令的指令码(26\~31bit)都是6’b011100,即是SPECIAL2类，mult和multu这两条指令的指令码(26\~31bit)都是6’b000000,即是SPECIAL类；有着不同的功能码(0\~5bit)
- mul(指令码是SPECIAL2,功能码是6’b000010):乘法运算，用法：mul,rd,rs,st; 作用：rd <- rs * rt,将地址为rs的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值作为有符号数相乘，乘法结果低32bit保存到地址为rd的通用寄存器中
- mult(指令码是SPECIAL,功能码是6’b011000):乘法运算，用法：mult,rs,st; 作用：{hi,lo} <- rs * rt,将地址为rs的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值作为有符号数相乘，乘法结果低32bit保存到LO寄存器中，高32bit保存到HI寄存器中
- multu(指令码是SPECIAL,功能码是6’b011001):乘法运算，用法：mult,rs,st; 作用：{hi,lo} <- rs * rt,将地址为rs的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值作为无符号数相乘，乘法结果低32bit保存到LO寄存器中，高32bit保存到HI寄存器中
添加相关宏定义
`define EXE_SLT 6'b101010 //指令SLT的功能码
`define EXE_SLTU 6'b101011 //指令SLTU的功能码
`define EXE_SLTI 6'b001010 //指令SLTI的指令码
`define EXE_SLTIU 6'b001011 //指令SLTIU的指令码
`define EXE_ADD 6'b100000 //指令ADD的功能码
`define EXE_ADDU 6'b100001 //指令ADDU的功能码
`define EXE_SUB 6'b100010 //指令SUB的功能码
`define EXE_SUBU 6'b100011 //指令SUBU的功能码
`define EXE_ADDI 6'b001000 //指令ADDI的指令码
`define EXE_ADDIU 6'b001001 //指令ADDIU的指令码
`define EXE_CLZ 6'b100000 //指令CLZ的功能码
`define EXE_CLO 6'b100001 //指令CLO的功能码
`define EXE_MULT 6'b011000 //指令MULT的功能码
`define EXE_MULTU 6'b011001 //指令MULTU的功能码
`define EXE_MUL 6'b000010 //指令MUL的功能码
`define EXE_SPECIAL2_INST 6'b011100 //special2类的指令码
//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修改译码阶段ID模块
根据指令的指令码，和功能码确定是哪一条指令，再由具体的指令给出译码结果
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
...这些简单算术操作指令的指令操作类型都是EXE_RES_ARITHMETIC
- add、addu、sub、subu、slt、sltu：需要两个寄存器的值分别作为两个操作数，所以设置reg1_read_o和reg2_read_o都为1，运算完后结果需要写入目的寄存器，所以设置wreg_o为WriteEnable，写入目的寄存器地址wd_o是指令中16\~20bit的值
- addi、addiu、subi、subiu：只需要读取一个寄存器的值作为第一个操作数，即设置reg1_read_o为1，reg2_read_o为0，第二个操作数为立即数进行符号扩展后的值，运算完后结果需要写入目的寄存器，所以设置wreg_o为WriteEnable,写入目的寄存器地址wd_o是指令中16\~20bit的值
- mult、multu:需要两个寄存器的值分别作为两个操作数，所以设置reg1_read_o和reg2_read_o都为1,运算完后结果需要不需要写入通用寄存器，而是写入HI、LO寄存器所以设置wreg_o为WriteDisable
- mul：需要两个寄存器的值分别作为两个操作数，所以设置reg1_read_o和reg2_read_o都为1，aluop_o为EXE_MUL_OP运算完后结果需要写入目的寄存器，所以设置wreg_o为WriteEnable，写入目的寄存器地址wd_o是指令中11\~15bit的值
- clo、clz：只需要读取一个寄存器的值作为第一个操作数，即设置reg1_read_o为1，reg2_read_o为0，运算完后结果需要写入目的寄存器，所以设置wreg_o为WriteEnable，写入目的寄存器地址wd_o是指令中11\~15bit的值
修改执行阶段EX模块
根据译码阶段的结果，来进行相关的执行操作
1. 添加一些新的变量
reg[`RegBus] arithmeticres; //保存算术运算结果
wire ov_sum; //保存溢出情况
wire reg1_eq_reg2; //第一个操作数是否等于第二个操作数
wire reg1_lt_reg2; //第一个操作数是否小于第二个操作数
wire[`RegBus] reg2_i_mux; //保存输入的第二个操作reg2_i的补码
wire[`RegBus] reg1_i_not; //保存输入的第一个操作数reg1_i取反后的值
wire[`RegBus] result_sum; //保存加法结果
wire[`RegBus] opdata1_mult; //乘法操作中的被乘数
wire[`RegBus] opdata2_mult; //乘法操作中的乘数
wire[`DoubleRegBus] hilo_temp; //临时保存乘法结果，宽度为64位
reg[`DoubleRegBus] mulres; //保存乘法结果，宽度为64位2. 计算五个变量的值
2.1 reg2_i_mux
如果是减法或者有符号比较运算，那么reg2_i_mux等于第二个操作数reg2_i的补码，否则reg2_i_mux等于第二个操作数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
- 如果是加法运算，此时reg2_i_mux就是第二个操作数reg2_i,所以result_sum就是加法运算的结果
- 如果是减法运算，此时reg2_i_mux是第二个操作数reg2_i的补码，所以result_sum就是减法运算的结果
- 如果是有符号比较运算，此时reg2_i_mux也是第二个操作数reg2_i的补码，所以result_sum也是减法运算的结果，可以通过判断减法结果是否小于零，进而判断第一个操作数reg1_i是否小于第二个操作数reg2_i
assign result_sum = reg1_i + reg2_i_mux;2.3 ov_sum
计算是否溢出，加法指令(add和addi)、减法指令(sub)执行的时候，需要判断是否溢出，满足一下两种情况时，有溢出：
- reg1_i为正数，reg2_i_mux为正数，但是两者之和为负数
- reg1_i为负数，reg2_i_mux为负数，但是两者之和为正数
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
计算操作数1是否小于操作数2，分两种情况
- aluop_i为EXE_SLT_OP表示有符号比较运算：
reg1_i为负数、reg2_i为正数，显然reg1_i小于reg2_i
reg1_i为正数、reg2_i为正数，并且reg1_i减去reg2_i的值小于0(即result_sum为负)，此时也有reg1_i小于reg2_i
reg1_i为负数、reg2_i为负数，并且并且reg1_i减去reg2_i的值小于0(即result_sum为负)，此时也有reg1_i小于reg2_i
- 无符号数比较的时候u，直接使用比较运算符比较reg1_i与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
对操作数1逐位取反，赋给reg1_i_not
assign reg1_i_not = ~reg1_i;3. 依据不同的算术运算类型，给arithmeticres变量赋值
always @ (*) begin
if(rst == `RstEnable)begin
arithmeticres <= `ZeroWord;
end else begin
case(aluop_i)
`EXE_SLT_OP,`EXE_SLTU_OP:begin //比较运算
arithmeticres <= reg1_lt_reg2;
end
`EXE_ADD_OP,`EXE_ADDU_OP,`EXE_ADDI_OP,`EXE_ADDIU_OP:begin //加法运算
arithmeticres <= result_sum;
end
`EXE_SUB_OP,`EXE_SUBU_OP:begin //减法运算
arithmeticres <= result_sum;
end
`EXE_CLZ_OP:begin //计数运算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 //计数运算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. 进行乘法运算
4.1计算opdata1_mult
取得乘法运算的被除数，如果是有符号乘法且被乘数是负数，则取补码
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 取得乘法运算的除数，如果是有符号乘法且被乘数是负数，则取补码
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 得到临时乘法结果，保存变量hilo_temp中
assign hilo_temp = opdata1_mult*opdata2_mult;4.4 对临时乘法结果进行修正，最终结果保存在变量mulres中
如果是有符号乘法指令mul、mult：
如果被乘数与乘数一正一负，那么需要对hilo_temp求补码，作为最终乘法结果
如果被乘数与乘数同号，那么hilo_temp的值为最终结果
- 如果是无符号乘法指令，则hilo_temp的值作为最终结果
//对乘法结果修正(A*B）补=A补 * B补
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 确定要写入目的寄存器的数据
always @ (*) begin
wd_o <= wd_i; //要写的目的寄存器地址
//如果是add、addi、sub、subi、指令，且发生溢出，那么设置wreg_o为WriteDisable，即不写寄存器
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 //逻辑运算
wdata_o <= logicout;
end
`EXE_RES_SHIFT:begin //移位运算
wdata_o <= shiftres;
end
`EXE_RES_MOVE: begin //移动运算
wdata_o <= moveres;
end
`EXE_RES_ARITHMETIC:begin //除乘法外简单算术操作指令
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 确定对HI、LO寄存器的操作信息
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 测试
1. 测试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 给$1赋值
ori $2,$0,0x8000 # $2 = 0x8000
sll $2,$2,16 # $2 = 0x80000000
ori $2,$2,0x0001 # $2 = 0x80000001 给$2赋值
ori $3,$0,0x0000 # $3 = 0x00000000
addu $3,$2,$1 # $3 = 0x00000011 $1加$2，无符号加法
ori $3,$0,0x0000 # $3 = 0x00000000
add $3,$2,$1 # $2 加 $1，有符号加法，结果溢出，$3保持不变
sub $3,$1,$3 # $3 = 0x80000010 $1减去$3，有符号减法
subu $3,$3,$2 # $3 = 0xF $3减去$2,无符号减法
addi $3,$3,2 # $3 = 0x11 $3 加2，有符号加法
ori $3,$0,0x0000 # $3 = 0x00000000
addiu $3,$3,0x8000 # $3 = 0xffff8000 $3加0xffff8000 无符号加法测试结果：
2. 测试slt、sltu、slti、sltiu
or $1,$0,0xffff # $1 = 0xffff
sll $1,$1,16 # $1 = 0xffff0000 给$1赋值
slt $2,$1,$0 # $2 = 1 比较$1与0x0，有符号比较
sltu $2,$1,$0 # $2 = 0 比较$1与0x0，无符号比较
slti $2,$1,0x8000 # $2 = 1 比较$1与0xffff8000，有符号比较
sltiu $2,$1,0x8000 # $2 = 1 比较$1与0xffff8000，无符号比较测试结果：
3. 测试clo和clz指令
lui $1,0x0000 # $1 = 0x00000000 给$1赋值
clo $2,$1 # $2 = 0x00000000 统计$1中“1”之前“0”的个数
clz $2,$1 # $2 = 0x00000020 统计$1中“0”之前“1”的个数
lui $1,0xffff # $1 = 0xffff0000
ori $1,$1,0xffff # $1 = 0xffffffff 给$1赋值
clz $2,$1 # $2 = 0x00000000 统计$1中“1”之前“0”的个数
clo $2,$1 # $2 = 0x00000020 统计$1中“0”之前“1”的个数
lui $1,0xa100 # $1 = 0xa1000000 给$1赋值
clz $2,$1 # $2 = 0x00000000 统计$1中“1”之前“0”的个数
clo $2,$1 # $2 = 0x00000001 统计$1中“0”之前“1”的个数
lui $1,0x1100 # $1 = 0x11000000 给$1赋值
clz $2,$1 # $2 = 0x00000003 统计$1中“1”之前“0”的个数
clo $2,$1 # $2 = 0x00000000 统计$1中“0”之前“1”的个数测试结果：
4. 测试mul、mult、multu指令
ori $1,$0,0xffff
sll $1,$1,16
ori $1,$1,0xfffb # $1 = -5 给$1赋值
ori $2,$0,6 # $2 = 6 给$2赋值
mul $3,$1,$2 # $3 = -30 = 0xffffffe2 $1 乘以$2，有符号乘法，结果低32位保存到$3
mult $1,$2 # hi = 0xffffffff
# lo = 0xffffffe2
# $1 乘以$2，有符号乘法，结果低32位保存到HI LO
multu $1,$2 # hi = 0x5
# lo = 0xffffffe2
# $1 乘以$2，无符号乘法，结果低32位保存到HI LO
nop
nop测试结果：
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