计算机组成原理课程设计 —— MIPS32五级流水之addi指令的实现
本文最后更新于：2020年5月17日 晚上
概览：
任务要求
MIPS32五级流水设计并实现指令ADDI rt, rs, immediate。
参考书籍：《自己动手写CPU》
编程语言：Verilog
主要软件：Xilinx-Vivado-2018
五级流水
五级流水分为这五个阶段：取指、译码、执行、访存和回写。
在取指阶段，由pc给出指令的地址，从指令寄存器中取出指令送至译码阶段。在译码阶段分析指令，给出源操作数所在的寄存器地址、目的操作数所在的寄存器地址，同时扩展立即数，分析运算类型等。在执行阶段，ALU根据运算类型以及源操作数、立即操作数算出最终结果，传递给访存阶段和回写阶段，最终回写至寄存器。
addi指令
实现
由于完全没接触过Verilog以及Vivado，所以刚开始拿到课设题目的时候比较头大，最后仿照了《自己动手写CPU》的第四章ori指令的实现，根据这一章的讲解，理解了五级流水的工作原理以及实现，最后根据第七章的源代码完成了本次课程设计。
指令寄存器是使用文件代替的，所以可以把准备好的16进制指令写在文件里。
上图中，第一条指令是ori指令，给第一个寄存器赋值。后面的9条指令都是addi指令，分别进行不同加法的操作，最后将结果写回到寄存器。
最后的仿真结果
针对于指令0x20850002，这条指令的意思是四号寄存器的值加上0x000000002之后将结果放入5号寄存器。在取指阶段，取得那一条指令，即if_inst保存那一条指令，在下一个时钟传送给id模块进行译码操作，译码操作主要是确定参与运算的两个操作数以及运算的类型、子类型等信息，如上图所示，id_reg1_o为4号寄存器的值，id_reg2_o为立即数的值，aluop_o为子类型，表示为addi运算，alusel_o为运算类型，表示算术运算。
在执行阶段，ex模块根据id模块传递的信息计算出最终的结果，输出计算结果wdata_o和要写入的寄存器地址wd_o。在访存阶段，MEM模块最终输出要写入寄存器的值wdata_o和要写入的寄存器地址wd_o，并把这些信息传递给MEM/WB模块。最后在MEM/WB模块进行回写，写入到目的寄存器即5号寄存器。最终完成一条指令的全部运行过程。
总结
《自己动手写CPU》这本书真的是写的太清晰易懂了，而且还能找到全书的代码，导入项目之后就可以直接用了，非常的方便。各个模块功能明确，架构清晰，真的是太强了。
不过Vivado这个软件20G，真的太大了，而且刚开始建立项目碰到了好多坑……，网上的一些教程也并不详细，不过也算摸索过来了。
参考链接
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