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    endcaseend		......			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<mark>来源gaodaimacom搞#^代%!码网</mark>   # （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 0x20s1:   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,$0,0x11002:   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 0x80s3:   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 0x100s4:   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 0x130s5:   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 0x160s6:   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！

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[搞代码]

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