将陆续上传新书《自己动手写CPU》，今天是第47篇。

9.7 ll、sc指令实现思路

9.7.1 实现思路

      这2条指令都涉及到访问链接状态位LLbit，可以将LLbit当做寄存器处理，ll指令需要写该寄存器，sc指令需要读该寄存器，同时，与对通用寄存器的访问一样，对LLbit寄存器的写操作也放在回写阶段进行。

      ll指令在访存阶段要读取数据存储器中指定地址的数据，还要设置对LLbit寄存器的写操作，写入的值为1，这个写操作会通过MEM/WB模块传递到回写阶段，最终实现对LLbit寄存器的写。

      sc指令在访存阶段要先获得LLbit寄存器的值，如果该值为1，那么会完成存储操作，同时设置对LLbit寄存器的写操作，写入的值为0，还要设置对通用寄存器rt的写操作，写入的值为1，这些写操作都会通过MEM/WB模块传递到回写阶段，最终实现对寄存器LLbit、通用寄存器rt的写；反之，如果LLbit寄存器的值为0，那么不进行存储操作，同时设置对通用寄存器rt的写操作，写入的值为0，这个写操作会通过MEM/WB模块传递到回写阶段，最终实现对通用寄存器rt的修改。

      导致寄存器LLbit为0的情况有：（1）sc指令之前没有执行ll指令；（2）ll指令执行后、sc指令执行前，发生了异常。

9.7.2 数据流图的修改

      为了实现ll、sc指令，需要对数据流图作如图9-29所示的修改，主要是在回写阶段新增了一个LLbit寄存器，其中存储的就是链接状态位，只有在回写阶段才会写LLbit寄存器。同时，要将LLbit寄存器的值传递到访存阶段，以供指令sc进行判断。

9.7.3 系统结构的修改

      为实现ll、sc指令，需要对系统结构做如图9-30所示的修改，新增了一个LLbit模块，用来实现LLbit寄存器。

      在访存阶段的MEM模块中会进行分析，如果是ll、sc指令，那么设置对LLbit寄存器的访问信息，通过LLbit_we_o、LLbit_value_o接口输出，前者表示是否是写操作，后者表示要写入的值，这些信息通过MEM/WB模块传递到回写阶段，最终修改LLbit寄存器。

      LLbit寄存器的值通过LLbit_o接口输出到MEM模块的接口LLbit_i，当sc指令进入访存阶段时会使用到该值。

      需要注意的是，由于对LLbit寄存器的修改是在回写阶段最后的时钟上升沿进行的，如果直接采用LLbit模块给出的LLbit寄存器的值，可能不是正确的值，因为此时处于回写阶段的指令可能会修改LLbit寄存器，这一问题在第6章添加HI、LO寄存器时也遇到过，解决方法还是数据前推，将回写阶段指令对LLbit寄存器的操作信息前推到访存阶段，访存阶段依据这些情况，确定正确的LLbit寄存器的值，所以在图9-30中，MEM/WB模块的输出信号wb_LLbit_we、wb_LLbit_value也要送到MEM模块，就是用来解决数据相关问题的。

下一次将通过修改代码实现LL、SC指令。

自己动手写CPU之第九阶段（8）——MIPS32中的LL、SC指令说明