「BUAA CO」P6总结

主要任务

1.新增指令

本次课下P6总共需要实现指令一共28条，其中

• R类算术指令6条： add, and, or, slt, sltu, sub
• I类算术指令4条： addi, andi, lui, ori
• Jr类指令1条： jr
• Jump类指令1条： jal
• branch类指令2条： beq, bne
• 乘除指令4条： mult, multu, div, divu
• HILO指令4条： mfhi, mflo, mthi, mtlo
• load类指令3条： lb, lh, lw
• store类指令3条： sb, sh, sw

指令按照字典序排序为：
add, addi, and, andi,
beq, bne, div, divu,
jal, jr, lb, lh,
lui, lw, mfhi, mflo,
mthi, mtlo, mult, multu,
ori, or, sb, sh,
slt, sltu, sub, sw

相较以前还是减了不少负。虽然但是难度没有降低太多，只是设计不会再像以往那么繁琐复杂了。

2.新增模块

增加乘除模块（下统称为MDU，即Mult-Div Unit），置于E级，完成乘除类指令和与HILO有关的指令。内置HI和LO寄存器.

顶层设计

其中红色为转发有关设计，绿色为阻塞有关设计，蓝色为乘除有关设计。

注意事项

1.单条乘除指令的实现

官方大大简化了乘除指令的实现，使得我们不需要搭建乘法器和除法器，只需要在相应的时钟周期内完成乘法和除法就行。

乘除指令的时钟周期

乘法占用5个周期，除法10个周期。但是实际上可能并不是这样。拿mult来说，根据教程的波形图我们可以知道：

• start信号1周期
• busy信号5周期
• 在busy信号有效的最后一个时钟周期内阻塞信号也是有效的，因此还会再拖1个周期

所以严格来说乘法在E级停留了7个周期，比一般只停留1个周期的指令多停留了6个周期，5个周期指的是Busy信号有5个周期，即运算了5个周期，暂停信号是Start信号和Busy信号做或运算的结果，因此有6个周期的暂停信号。

除法指令同上，不同的是busy信号有10个周期。

具体实现

本人是使用有限状态机实现课程对于MDU的要求。不同人的实现方法不同，需要注意的是考虑到课上几乎必考一条乘除指令，需要除以MDU在运算方式和运算时钟周期上的可扩展性。具体实现可以参考我的仓库 ，但是考虑到我的设计的可读性不强，建议自行搭建。

2.乘除指令的暂停阻塞

当start信号和Busy信号的任意一个有效时，就要产生一个阻塞信号。MDU的阻塞信号和P5的阻塞信号效果完全一致，因此“或”一下就行。

乘除指令和HILO指令加在一起总共8条。这八条指令可以分为两类，即需要读HILO的指令和写HILO的指令。读后写不需要阻塞，写后读必须阻塞，写后写可以阻塞也可以不阻塞，官方测试保证不会在写后写HILO上卡时间。

乘除指令不会影响乘除和HILO指令之外的指令，这些不受影响的指令要正常流水。

3.其它问题

• 指令多了，请认真检查控制信号。
• 在一些人的实现中，乘除指令的操作数和乘除类型都要用reg保存在MDU中，以免被后续指令覆盖。要么需要用两个reg存储运算结果，并在结束运算时写入HILO。