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自己动手写CPU之第五阶段（5）——测试逻辑、移位与空指令的实现
将陆续上传本人写的新书《自己动手写CPU》（尚未出版），今天是第19篇，我尽量每周四篇
5.6 测试程序1——测试逻辑操作实现效果
编写如下测试程序用于检验逻辑操作指令是否实现正确，文件名命名为inst_rom.S，在本附带光盘Code\Chapter5_2\AsmTest\LogicInstTest目录下有测试程序源文件。
.org 0x0 .global _start .set noat _start: lui $1,0x0101 # $1 = 0x01010000 ori $1,$1,0x0101 # $1 = $1 | 0x0101 = 0x01010101 ori $2,$1,0x1100 # $2 = $1 | 0x1100 = 0x01011101 or $1,$1,$2 # $1 = $1 | $2 = 0x01011101 andi $3,$1,0x00fe # $3 = $1 & 0x00fe = 0x00000000 and $1,$3,$1 # $1 = $3 & $1 = 0x00000000 xori $4,$1,0xff00 # $4 = $1 ^ 0xff00 = 0x0000ff00 xor $1,$4,$1 # $1 = $4 ^ $1 = 0x0000ff00 nor $1,$4,$1 # $1 = $4 ~^ $1 = 0xffff00ff
在程序的注释中给出了程序预期执行效果，在这里就是寄存器$1-$4的变化情况。将上述inst_rom.S文件，与第4章建立的Bin2Mem.exe、Makefile、ram.ld这三个文件拷贝到Ubuntu虚拟机中的同一个目录下，打开终端，使用cd命令进入该目录，然后输入make all，即可得到用于ModelSim仿真的inst_rom.data文件。
在ModelSim中新建一个工程，添加本书光盘Code\Chapter5_2目录下的所有.v文件，然后可以编译。再复制上面得到的inst_rom.data文件到ModelSim工程的目录下，就可以进行仿真了。上述仿真步骤以后不再重复说明。
ModelSim仿真结果如图5-16所示，regs[1]、regs[2]、regs[3]、regs[4]分别是寄存器$1、$2、$3、$4，观察这4个寄存器值的变化，可知符合预期，所以OpenMIPS正确实现了逻辑操作指令。
5.7 测试程序2——测试移位操作与空指令实现效果
编写如下测试程序用于检验移位操作与空指令是否实现正确，文件名依然命名为inst_rom.S，在本书光盘的Code\Chapter5_2\AsmTest\ShiftInstTest目录下有测试程序源文件。
.org 0x0 .set noat .global _start _start: lui $2,0x0404 # $2 = 0x04040000 ori $2,$2,0x0404 # $2 = 0x04040000 | 0x0404 = 0x04040404 ori $7,$0,0x7 ori $5,$0,0x5 ori $8,$0,0x8 sync sll $2,$2,8 # $2 = 0x40404040 sll 8 = 0x04040400 sllv $2,$2,$7 # $2 = 0x04040400 sll 7 = 0x02020000 srl $2,$2,8 # $2 = 0x02020000 srl 8 = 0x00020200 srlv $2,$2,$5 # $2 = 0x00020200 srl 5 = 0x00001010 nop pref sll $2,$2,19 # $2 = 0x00001010 sll 19 = 0x80800000 ssnop sra $2,$2,16 # $2 = 0x80800000 sra 16 = 0xffff8080 srav $2,$2,$8 # $2 = 0xffff8080 sra 8 = 0xffffff80
在程序的注释中给出了程序预期执行效果，主要就是寄存器$2的变化情况。ModelSim仿真结果如图5-17所示，观察寄存器$2的变化可以知道OpenMIPS正确实现了移位操作指令与空指令。
5.8 小结
本章首先分析了流水线中存在的数据相关问题，然后使用数据前推的方法解决了数据相关问题，随后修改OpenMIPS，实现了对逻辑、移位操作和空指令的支持，主要修改的是译码阶段的ID模块、执行阶段的EX模块。其中，在ID模块添加对新指令的译码，在EX模块添加对新的运算类型的支持。
从下次开始将移动操作指令的实现，敬请关注！