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自己动手写CPU之第八阶段（4）——转移指令实现过程2
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8.4.3 修改执行阶段的EX 模块
参考图8-6可知，EX模块需要增加一些接口，增加的接口描述如表8-4所示。
EX模块的代码主要修改如下，完整代码请参考本书附带光盘Code\Chapter8目录下的ex.v文件。
module ex(
......
// 处于执行阶段的转移指令要保存的返回地址
input wire[`RegBus] link_address_i,
// 当前执行阶段的指令是否位于延迟槽
input wire is_in_delayslot_i,
......
);
......
always @ (*) begin
......
case ( alusel_i )
`EXE_RES_LOGIC: begin
wdata_o <= logicout;
end
`EXE_RES_SHIFT: begin
wdata_o <= shiftres;
end
`EXE_RES_MOVE: begin
wdata_o <= moveres;
end
`EXE_RES_ARITHMETIC: begin
wdata_o <= arithmeticres;
end
`EXE_RES_MUL: begin
wdata_o <= mulres[31:0];
end
`EXE_RES_JUMP_BRANCH: begin
wdata_o <= link_address_i;
end
default: begin
wdata_o <= `ZeroWord;
end
endcase
end
......
endmodule
如果alusel_o为EXE_RES_JUMP_BRANCH，那么就将返回地址link_address_i作为要写入目的寄存器的值赋给wdata_o。
注意一点，此处并没有利用输入的信号is_in_delayslot_i，该信号表示当前处于执行阶段的指令是否是延迟槽指令，这个信号会在异常处理过程中使用到，本章暂时不需要。
8.4.4 修改OpenMIPS模块
因为有一些模块添加了接口，所以需要修改顶层模块OpenMIPS，以将这些新增加的接口按照图8-6所示的关系连接起来。具体修改也很简单，不在书中列出，读者可以参考本书附带光盘Code\Chapter8目录下的openmips.v文件。
8.5 测试转移指令的实现效果
本节将通过两个测试程序验证转移指令是否实现正确，这两个测试程序分别验证跳转指令、分支指令。
8.5.1 测试跳转指令
测试代码如下，源文件是本书光盘Code\Chapter8\AsmTest\Test1目录下的inst_rom.S文件。
.org 0x0
.set noat
.set noreorder # 添加这个伪操作，指示编译器不要对程序做出任何优化或是改动
.set nomacro
.global _start
_start:
ori $1,$0,0x0001 # （1）$1 = 0x1
j 0x20 # 转移到0x20处
ori $1,$0,0x0002 # （2）$1 = 0x2，这是延迟槽指令
ori $1,$0,0x1111
ori $1,$0,0x1100
.org 0x20
ori $1,$0,0x0003 # （3）$1 = 0x3
jal 0x40 # 转移到0x40处，同时设置$31为0x2c
div $zero,$31,$1 # （4）此时$31 = 0x2c, $1 = 0x3，所以得到除法结果
# HI = 0x2, LO = 0xe，这是延迟槽指令
ori $1,$0,0x0005 # （6）$1 = 0x5
ori $1,$0,0x0006 # （7）$1 = 0x6
j 0x60 # 转移到0x60处
nop
.org 0x40
jalr $2,$31 # 此时$31为0x2c，所以转移到0x2c，同时设置$2为0x48
or $1,$2,$0 # （5）$1 = 0x48，这是延迟槽指令
ori $1,$0,0x0009 # （10）$1 = 0x9
ori $1,$0,0x000a # （11）$1 = 0xa
j 0x80 # 转移到0x80处
nop
.org 0x60
ori $1,$0,0x0007 # （8）$1 = 0x7
jr $2 # 此时$2为0x48，所以转移到0x48处
ori $1,$0,0x0008 # （9）$1 = 0x8，这是延迟槽指令
ori $1,$0,0x1111
ori $1,$0,0x1100
.org 0x80
nop
_loop:
j _loop
nop
8.5.2 测试分支指令
测试代码如下，源文件是本书光盘Code\Chapter8\AsmTest\Test2目录下的inst_rom.S文件。
.org 0x0
.set noat
.set noreorder
.set nomacro
.global _start
_start:
ori $3,$0,0x8000
sll $3,16 # 设置$3 = 0x80000000
ori $1,$0,0x0001 #（1）$1 = 0x1
b s1 # 转移到s1处
ori $1,$0,0x0002 #（2）$1 = 0x2，这是延迟槽指令
1:
ori $1,$0,0x1111
ori $1,$0,0x1100
.org 0x20
s1:
ori $1,$0,0x0003 #（3）$1 = 0x3
bal s2 # 转移到s2处，同时设置$31为0x2c
div $zero,$31,$1 #（4）此时$31 = 0x2c, $1 = 0x3，所以除法结果为
# HI = 0x2, LO = 0xe，这是延迟槽指令
ori $1,$0,0x1100
ori $1,$0,0x1111
bne $1,$0,s3
nop
ori $1,$0,0x1100
ori $1,$0,0x1111
.org 0x50
s2:
ori $1,$0,0x0004 #（5）$1 = 0x4
beq $3,$3,s3 # $3等于$3，所以会发生转移，目的地址是s3
or $1,$31,$0 #（6）$1 = 0x2c，这是延迟槽指令
ori $1,$0,0x1111
ori $1,$0,0x1100
2:
ori $1,$0,0x0007 #（9）$1 = 0x7
ori $1,$0,0x0008 #（10）$1 = 0x8
bgtz $1,s4 # 此时$1为0x8，大于0，所以转移至标号s4处
ori $1,$0,0x0009 #（11）$1 = 0x9，这是延迟槽指令
ori $1,$0,0x1111
ori $1,$0,0x1100
.org 0x80
s3:
ori $1,$0,0x0005 #（7）$1 = 0x5
bgez $1,2b # 此时$1为0x5，大于0，所以转移至前面的标号2处
ori $1,$0,0x0006 #（8）$1 = 0x6，这是延迟槽指令
ori $1,$0,0x1111
ori $1,$0,0x1100
.org 0x100
s4:
ori $1,$0,0x000a #（12）$1 = 0xa
bgezal $3,s3 # 此时$3为0x80000000，小于0，所以不发生转移
or $1,$0,$31 #（13）$1 = 0x10c
ori $1,$0,0x000b #（14）$1 = 0xb
ori $1,$0,0x000c #（15）$1 = 0xc
ori $1,$0,0x000d #（16）$1 = 0xd
ori $1,$0,0x000e #（17）$1 = 0xe
bltz $3,s5 # 此时$3为0x80000000，小于0，所以发生转移，转移至s5处
ori $1,$0,0x000f #（18）$1 = 0xf，这是延迟槽指令
ori $1,$0,0x1100
.org 0x130
s5:
ori $1,$0,0x0010 #（19）$1 = 0x10
blez $1,2b # 此时$1为0x10，大于0，所以不发生转移
ori $1,$0,0x0011 #（20）$1 = 0x11
ori $1,$0,0x0012 #（21）$1 = 0x12
ori $1,$0,0x0013 #（22）$1 = 0x13
bltzal $3,s6 # 此时$3为0x80000000，小于0，所以发生转移，转移到s6处
or $1,$0,$31 #（23）$1 = 0x14c，这是延迟槽指令
ori $1,$0,0x1100
.org 0x160
s6:
ori $1,$0,0x0014 #（24）$1 = 0x14
nop
_loop:
j _loop
nop
上面的测试程序使用到了所有的分支指令，程序的注释给出了寄存器$1的变化情况，及指令执行顺序，注意寄存器$1的变化是按照注释中的序号顺序进行的。ModelSim仿真结果如图8-9所示，观察$1的变化可知OpenMIPS正确实现了分支指令。
至此，转移指令也实现完毕了，下一步将实现加载存储指令，敬请关注！
自己动手写CPU之第八阶段（4）——转移指令实现过程2