LoongArch 指令集设计——单周期5条指令exp5

news2025/1/23 17:27:28

对应实验手册请参阅《LoongArch CPU设计实验》。

NOTE:

minicpu_env/miniCPU/目录下的代码功能不全，是有意为之，无需提issue修正。
mycpu_env/myCPU/目录下的代码有功能错误，亦是有意为之，无需提issue修正。

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实验安排简介

// dc_env
exp1 : 跑马灯实验。熟悉Vivado和FPGA实验环境基本使用技能。
exp2 : 寄存器堆仿真；
exp3 : 同步、异步 RAM 仿真、综合实现；
exp4 : 数字逻辑电路的设计与调试。

// minicpu_env
exp5 : 5条指令单周期CPU，跑斐波那契数程序，给RTL填空方式。

// mycpu_env - soc_dram i/f (distributed ram interface)
exp6 : 20条指令单周期CPU，测试规模缩减版func的n1~n20，给RTL找错误并修正。

// mycpu_env - soc_bram i/f (block ram interface)
exp7 : 20条指令五级流水CPU，不考虑hazard，测试插NOP的func的n1~n20，增量开发。
exp8 : 20条指令五级流水CPU，cancel解决control hazard，阻塞解决data hazard，测试
func的n1~n20，增量开发。
exp9 : 20条指令五级流水CPU，forward优化data hazard处理，测试func的n1~n20，增量
开发。
exp10 : 增加用户态运算类指令，测试func的n1~n36，增量开发。
exp11 : 增加用户态转移指令和除了ll.w、sc.w之外的用户态访存指令，测试func的n1~n46，
增量开发。
exp12 : 支持syscall例外，测试func的n1~n47，增量开发。
exp13 : 支持更多例外，测试func的n1~n58，增量开发。

// mycpu_env - soc_hs_bram i/f (handshaking block ram interface)
exp14 : CPU采用带握手机制的接口，测试func的n1~n58，增量开发。

// mycpu_env - soc_axi i/f (AXI bus interface)
exp15 : CPU采用AXI接口，外部固定延迟响应，测试func的n1~n58，增量开发。
exp16 : CPU采用AXI接口，外部随机延迟响应，测试func的n1~n58，增量开发。
exp18 : CPU集成TLB模块后并支持TLB相关指令和CSR，测试func的n1~n70，增量开发。
exp19 : CPU支持TLB MMU功能，测试func的n1~n72，增量开发。
exp21 : CPU实现指令Cache，测试func的n1~n72，增量开发。
exp22 : CPU实现数据Cache，测试func的n1~n72，增量开发。
exp23 : CPU支持CACOP指令，测试func的n1~n79，增量开发。

// mycpu_env - module_tlb
exp17 : TLB模块设计，非func测试，单独开发。

// mycpu_env - module_cache
exp20 : Cache模块设计，非func测试，单独开发。

5条指令

1. add_w

指令概述
在这里插入图片描述

2. addi_w

在这里插入图片描述
指令概述

3. ld_w

在这里插入图片描述

4. st_w

在这里插入图片描述

5. bne

在这里插入图片描述

填充代码

第一处代码

assign inst_add_w  = op_31_26_d[6'h00] & op_25_22_d[4'h0] & op_21_20_d[2'h1] & op_19_15_d[5'h00];
assign inst_addi_w = op_31_26_d[6'h00] & op_25_22_d[4'ha];
assign inst_ld_w   = op_31_26_d[6'h0a] & op_25_22_d[4'h2];
assign inst_st_w   = op_31_26_d[6'h0a] & op_25_22_d[4'h6];//在这里实现inst_st_w指令的译码
assign inst_bne    = op_31_26_d[6'h17];

第二处代码，这里不确定正确


assign src2_is_imm   = inst_bne|inst_addi_w|inst_ld_w|inst_st_w;//在这里实现立即数选择信号
assign res_from_mem  = inst_ld_w;
assign gr_we         = inst_add_w | inst_ld_w | inst_addi_w;
assign mem_we        = inst_st_w;
assign src_reg_is_rd = inst_bne | inst_st_w;

第三处代码

regfile u_regfile(
    .clk    (clk      ),
    .raddr1 (rf_raddr1         ),
    .rdata1 (rj_value),
    .raddr2 (rf_raddr2         ),
    .rdata2 (rkd_value),
    .we     (gr_we    ),
    .waddr  (rf_raddr2         ),
    .wdata  (rf_wdata )
    );//在空出的括号里完成引脚匹配

第四处代码

assign br_offs   = {i16,{16{1'b0}}};//在这里完成br_offs信号的生成
assign br_target = pc + br_offs;
assign rj_eq_rd  = (rj_value == rkd_value);
assign br_taken  = valid && inst_bne  && !rj_eq_rd;
assign nextpc    = br_taken?br_target:pc+{32'h0_0_0_4};//在这里实现nextpc信号的生成

assign imm      = {{20{i12[11]}},i12[11:0]};
assign alu_src1 = rj_value;
assign alu_src2 = rkd_value;//在这里实现alu_src2信号

assign alu_result = alu_src1+alu_src2;

第五处代码

assign alu_result = alu_src1+alu_src2;

assign data_sram_we    = mem_we;
assign data_sram_addr  = alu_result;
assign data_sram_wdata = rkd_value;

assign rf_wdata = alu_result;//在这里完成写回寄存器值的选择