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MIPS32 指令集
通用寄存器： 32个32位寄存器（待定）
$ra 程序返回地址寄存器
特殊寄存器：
PC寄存器
无乘法指令
//HI寄存器：乘除高位寄存器 （余数）
//LO寄存器：乘除低位寄存器 （商）
指令集：
R类型：
---------------------------------
|op:6|rs:5|rt:5|rd:5|sa:5|func:6|
---------------------------------
源寄存器：rs,rt 目的寄存器：rd
本次设计中不采用需要5位sa的移位操作，设定op均为0。
指令名称|op=00000|rs/rt/rd|sa=00000|func:6
除jr以外所有指令的形式均为： op $1,$2,$3 == op rd rt rs
add 00001 rd <- rs+rt add $1,$2,$3
addu 10001 rd <- rs+rt 无符号 addu $1,$2,$3
sub 00010 rd <- rt-rs sub $1,$2,$3
subu 10010 rd <- rs-rt 无符号 subu $1,$2,$3
and 00011 rd <- rs&rt and $1,$2,$3
or 00100 rd <- rs|rt or $1,$2,$3
xor 00101 rd <- rs^rt xor $1,$2,$3
nor 00110 rd <- ~(rs|rt) nor $1,$2,$3
slt 00111 if(rs<rt) rd <- 1 else rd <- 0 slt $1,$2,$3
sllv 01100 rd <- rt<<rs sll $1,$2,$3
srlv 01101 rd <- rt>>rs srl $1,$2,$3
srav 01110 rd <- rt>>rs (算术右移) sra $1,$2,$3
jr 01011 rs rt=00000 rd==00000 PC <- rs jr $ra
nop 全零
注*：上述指令按顺序编写func，其中func高位为1表示无符号运算。（addu subu） 有符号:无溢出才装入 无符号：不判断溢出
I类型：具体操作由op指定，指令的低16位是立即数，运算时要将其扩展至32位，然后作为其中一个源操作数参与运算。
---------------------------------
|op:6|rs:5|rt:5| immediate:16 |
---------------------------------
源操作数 rs，imm16->32 op 目的操作数：rt
addi 00001 rt <- rs + (sign-extend)immediate addi $1,$2,100
addiu 10001 rt <- rs + (zero-extend)immediate
andi 00011
ori 00100
xori 00101
lw 01110 rt <- memory[rs + (sign-extend)immediate] lw $1,$2(10)
sw 01111 memory[rs + (sign-extend)immediate] <- rt sw $1,$2(10)
beq 01000 if (rs == rt) PC <- PC+4 + (sign-extend)immediate
bne 01001 if (rs != rt) PC <- PC+1 + (sign-extend)immediate
slti 00111 if (rs <(sign-extend)immediate) rt=1 else rt=0
sltiu 10111 if (rs <(zero-extend)immediate) rt=1 else rt=0
注*:高位和次高位与为0。 高位为1表示对imm零扩展，否则符号扩展。
统一标准:R类型的func或I类型的op后三位作为ALU的功能选择端，添加一位符号位用来决定无符号运算还是有符号运算因此alu的功能选择如下：
功能选择 功能
0001 add
0010 sub
0011 and
0100 or
0101 xor
0110 nor
0111 slt
1001 addu
1010 subu
1100 sllv
1101 srlv
1110 srav
J类型:op高位为1
---------------------------------
|op:6 | addr:16
---------------------------------
j 100000 PC <- PC+4+addr
jal 100001 $ra<-PC+4；PC <- PC+4+addr
五级流水线：
IF --> ID --> Ex --> MeM --> Wr
IF段：
模块：IM指令寄存器 （存储结构内）
模块内寄存器：
PC寄存器
IF/ID寄存器 {
next_pc :PC+4
instr :指令:32
}
输入端：{
时钟： clk
控制端口 ： JUMPEN // 1 则 选择跳转的地址， 0 则 选择加4
数据端口 ： jump_pc //跳转pc地址
}
输出端：{
IF/ID寄存器内容： next_pc
instr
}
ID端：这里包含了寄存器堆
模块1:寄存器堆 读不需要时钟
输入：{IF/ID 寄存器内容,REGRW,DIN}
ID/Ex寄存器内容+输出
ID/Ex寄存器内容：{
控制:
EXOP : 扩展器操作 1:符号扩展 0:零扩展
ALUSRC: ALU B口来源 1:扩展器 0: busB
ALUOP: ALU辅助控制码 :4
REGDST: 目的寄存器选择 1: rd 0: rt
RTYPE: 是否为R类型
MEMWR: 数据存储器的写信号 1:op=sw 0:else
BRANCH: 是否为分支指令
MEM2REG： 寄存器写入源 1:数据存储器 0 : ALUout
REGWR: 是否写入寄存器
JRETURN:是否为返回指令
数据：
next_pc
busA
busB
imm16
rt 寄存器编号
rd
}
Ex模块：
子模块：{
扩展器：控制---EXOP
ALU
}
MeM