在之前实现的基础上继续增加了14条（实际上是12条）简单算术操作指令（jr、jalr、j、jar、b、bal、beq、bgez、bgezal、bgtz、blez、bltz、bltzal、bne）
之前操作的传送门：
指令介绍
跳转指令：jr、jalr、j、jar
分⽀指令b、bal、beq、bgez、bgezal、bgtz、blez、bltz、bltzal、bne
跳转指令
指令格式：
- jr(功能码为6’b001000):⽤法：jr rs，作⽤：pc <- rs 将地址为rs的通⽤寄存器的值赋给寄存器PC，作为新的指令地址 - jalr(功能码为6’b001001)：⽤法：jalr rs 或者 jalr rd,rs 作⽤：rd <- return_address,pc <- rs，将地址为rs的通⽤寄存器的值赋给寄存器PC，作为新的指令地址，同时将跳转指令后⾯第2条指令的地址作为返回地址保存到地址为rd的通⽤寄存器，如果没有在指令中指明rd，那么默认将返回地址保存到寄存器$31 - j(指令码为6’b000010)：⽤法：j target，作⽤：pc <- (pc+4)[31,28]||target||’00’，转移到新的指令地址，其中新地址的低28位是target左移两位后的值，新指令地址⾼4位是后⼀指令的⾼四位
**因为处理器按照字节寻址，⼆指令存储器每个地址是⼀个32bit字，所以要给指令中的⽴即数乘4，即左移两位**
jal(指令码为6’b000011)：⽤法：jal target，作⽤：pc <- (pc+4)[31,28]||target||’00’，转移到新的指令地址，其中新地址的低28位是target左移两位后的值，新指令地址⾼4位是后⼀指令的⾼四位,jal指令要将跳转指令后⾯的⼀条指令地址(pc+4)写⼊$31寄存器
分⽀指令
指令格式：
- 由指令格式可以看出：
beq、b、bgtz、blez、bne这5条指令可以直接依据指令中的指令码进⾏判断是哪⼀条指令，bltz、bltzal、bgez、bgezal、bal这5条指令指令码相同，依据指令中16\~20bit的值进⼀步判断是哪⼀条指令
所有分⽀指令的第0\~15bit存储的都是offset，如果发⽣转移，那么将offset左移2位，并符号扩展⾄32位
转移⽬标地址 = (signed_extend)(offset||'00')+(pc+4)
- beq(指令码为6’b000100)：⽤法：beq rs,rt,offset，作⽤：if rs = rt then branch，将地址为rs的通⽤寄存器的值与地址为rt的通⽤寄存器的值进⾏⽐较，如果相等，则发⽣转移
- b(指令码为6’b000100，且16\~25bit为0)：⽤法：b offset，作⽤：⽆条件转移，即beq指令的rs,rt都为0时的情况，实现时不需要特意实现b指令，只需要实现beq即可
- bgtz(指令码为6’b000111)：⽤法：bgtz rs,offset，作⽤：if rs > 0 then branch
- blez(指令码6’b000110)：⽤法：blez rs,offset，作⽤：if rs <= 0 then branch
- bne(指令码6’b000101)：⽤法：bne rs,rt,offset，作⽤:if rs != rt then branch
- bltz(指令码为REGIMM，且第16\~20bit为5’b00000):⽤法：bltz rs,offset，作⽤：if rs < 0 then branch
- * bltzal(指令码为REGIMM，且第16\~20bit为5’b10000):⽤法：bltzal rs,offset，作⽤：if rs < 0 then branch，并且将指令后⾯的指令地址作为返回地址，保存到通⽤寄存器$31*
- bgez(指令码为REGIMM，且第16\~20bit为5’b00001)：⽤法：bgez rs,offset，作⽤：if rs >= 0 then branch
- bgezal(指令码为REGIMM，且第16\~20bit为5’b10001):⽤法：bgezal rs,offset，作⽤：if rs >= 0 then branch，并且将指令后⾯的指令地址作为返回地址，保存到通⽤寄存器$31
- bal(指令码为REGIMM，且第21\~25bit为0，第16\~20bit为5’b10001):⽤法：bal offset，作⽤：⽆条件转移，并且将指令后⾯的指令地址作为返回地址，保存到通⽤寄存器$31，bal是bgezal指令的特殊情况，即bgezal指令的rs为0，不⽤特意实现这个指令
修改系统结构
增加了PC和ID模块的两个接⼝，⽤来表⽰是否跳转和跳转的指令地址，也增加了ID模块和EX模块的⼀个借⼝，⽤来表⽰将要保存的指令地址
新型化粪池
代码修改
1. 增加宏定义
`define Branch 1'b1 //发⽣转移
电镀前处理
`define NotBranch 1'b0 //不发⽣转移
`define EXE_J 6'b000010 //指令J的功能码
`define EXE_JAL 6'b000011 //指令JAL的功能码冰鞋座
`define EXE_JALR 6'b001001 //指令JALR的功能码
`define EXE_JR 6'b001000 //指令JR的功能码
`define EXE_BEQ 6'b000100 //指令BEQ的指令码
`define EXE_BGEZ 5'b00001 //指令BGEZ第16~20bit
`define EXE_BGEZAL 5'b10001 //指令BGEZAL第16~20bit
`define EXE_BGTZ 6'b000111 //指令BGTZ的指令码
`define EXE_BLEZ 6'b000110 //指令BLEZ的指令码
`define EXE_BLTZ 5'b00000 //指令BLTZ第16~20bit
`define EXE_BLTZAL 5'b10000 //指令BLTZAL第16~20bit
韩先良`define EXE_BNE 6'b000101 //指令BNE的指令码
`define EXE_REGIMM_INST 6'b000001 //REGIMM类的指令码
`define EXE_J_OP 8'b01001111
`define EXE_JAL_OP 8'b01010000
`define EXE_JALR_OP 8'b00001001
`define EXE_JR_OP 8'b00001000
`define EXE_BEQ_OP 8'b01010001
`define EXE_BGEZ_OP 8'b01000001
`define EXE_BGEZAL_OP 8'b01001011
`define EXE_BGTZ_OP 8'b01010100
`define EXE_BLEZ_OP 8'b01010011
`define EXE_BLTZ_OP 8'b01000000
`define EXE_BLTZAL_OP 8'b01001010
tz15`define EXE_BNE_OP 8'b01010010
增加了两个输⼊接⼝：⽤来接收从译码阶段ID模块传来的信息
branch_flag_i：⽤来标识是否发⽣转移
branch_target_address_i：转移到的⽬标地址
3. 修改译码阶段ID 模块
根据指令的指令码和功能码，以及指令有关bit位的特点来判断是哪⼀条指令
always @ (posedge clk) begin
if (ce == `ChipDisable) begin
pc <= 32'h00000000;
end else if (stall[0] == `NoStop) begin
if (branch_flag_i == `Branch) begin
pc <= branch_target_address_i;
end else begin
pc <= pc + 4'h4;
end
end
end
wire[`RegBus] pc_plus_4;
wire[`RegBus] imm_sll2_signedext ;
assign pc_plus_4 = pc_i +4;
assign imm_sll2_signedext = {{14{inst_i[15]}}, inst_i[15:0], 2'b00 };
...
`EXE_JR: begin
wreg_o <= `WriteDisable ;
aluop_o <= `EXE_JR_OP ;
alusel_o <= `EXE_RES_JUMP_BRANCH ;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
link_addr_o <= `ZeroWord ;
branch_target_address_o <= reg1_o ;
单元测试流程
branch_flag_o <= `Branch ;
instvalid <= `InstValid ;
end
`EXE_JALR: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_JALR_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_JUMP_BRANCH;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
if(inst_i[15:11] == 5'b00000)begin //如果没有指定保存寄存器，则默认保存到$31 wd_o <= 5'b11111;
end
else begin
wd_o <= inst_i[15:11];
end
link_addr_o <= pc_plus_4;
branch_target_address_o <= reg1_o;
branch_flag_o <= `Branch;
instvalid <= `InstValid;
end
...
`EXE_J: begin
wreg_o <= `WriteDisable;
aluop_o <= `EXE_J_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_JUMP_BRANCH;
reg1_read_o <= 1'b0;
reg2_read_o <= 1'b0;
link_addr_o <= `ZeroWord;
branch_target_address_o <= {pc_plus_4[31:28], inst_i[25:0], 2'b00};
branch_flag_o <= `Branch;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_JAL: begin
wreg_o <= `WriteEnable;
aluop_o <= `EXE_JAL_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_JUMP_BRANCH;
reg1_read_o <= 1'b0;
reg2_read_o <= 1'b0;
wd_o <= 5'b11111;
link_addr_o <= pc_plus_4 ;
branch_target_address_o <= {pc_plus_4[31:28], inst_i[25:0], 2'b00};
branch_flag_o <= `Branch;
instvalid <= `InstValid;
end
`EXE_BEQ: begin
wreg_o <= `WriteDisable;
aluop_o <= `EXE_BEQ_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_JUMP_BRANCH;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b1;
instvalid <= `InstValid;
if(reg1_o == reg2_o) begin
branch_target_address_o <= pc_plus_4 + imm_sll2_signedext;
branch_flag_o <= `Branch;
end
end
`EXE_BGTZ: begin
wreg_o <= `WriteDisable;
aluop_o <= `EXE_BGTZ_OP;
alusel_o <= `EXE_RES_JUMP_BRANCH;
reg1_read_o <= 1'b1;
reg2_read_o <= 1'b0;
instvalid <= `InstValid;
if((reg1_o[31] == 1'b0) && (reg1_o != `ZeroWord)) begin
branch_target_address_o <= pc_plus_4 + imm_sll2_signedext;
branch_flag_o <= `Branch;
end
end
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