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It's just a homework.

MIPS-Multi-Cycle-CPU

注意事项

• 不支持异常
• 采用有限状态机与逻辑电路相结合的方式构建控制模块，减少至11个状态
• 数据存储均在时钟下降沿触发
• 为防止险象的发生，在时钟上升沿进行状态的跳转

如何使用

在test.txt中写入16进制指令序列，仿真mips_tb.v即可。

支持的指令

MIPS-C2＝{LB、LBU、LH、LHU、LW、SB、SH、SW、ADD、ADDU、SUB、SUBU、SLL、SRL、SRA、SLLV、SRLV、SRAV、AND、OR、XOR、NOR、SLT、SLTU、ADDI、ADDIU、ANDI、ORI、XORI、LUI、SLTI、SLTIU、BEQ、BNE、BLEZ、BGTZ、BLTZ、BGEZ、J、JAL、JALR、JR}

R-type={ADD、ADDU、SUB、SUBU、SLL、SRL、SRA、SLLV、SRLV、SRAV、AND、OR、XOR、NOR、SLT、SLTU}

I-type={ADDI、ADDIU、ANDI、ORI、XORI、LUI、SLTI、SLTIU}

Save={SB、SH、SW}

Load={LB、LBU、LH、LHU、LW}

Branch={BEQ、BNE、BLEZ、BGTZ、BLTZ、BGEZ}

Jump={J、JAL}

Jump Register={JALR、JR}

状态含义

状态	指令	执行内容
0	MIPS-C2	开始周期，无具体执行内容
1	MIPS-C2	取指令，并将其写入IR; PC+4
2	MIPS-C2	译码，读取寄存器中的rs，rt备用; 计算b型指令跳转地址备用
3	R-type、I-type	ALU执行运算，结果存入ALUout
4	R-type、I-type	将ALUot中的内容写回寄存器
5	Load&Save	数据内存寻址
6	Save	向数据内存写入数据
7	Load	从数据内存读取数据，并存入MDR
8	Load	将MDR中的数据写入寄存器中
9	Branch	ALU判断是否满足跳转条件，若是则跳转
10	Jump	将target部分写入PC;JAL还需将PC写入$ra
11	Jump Register	将($rs)写入PC;JALR还需将PC写入$rd

状态的跳转规则

状态	指令	跳转至
0	MIPS-C2	1
1	MIPS-C2	2
2	MIPS-C2	3(R、I-type)、5(S&L)、9(branch)、 10(jump)、11(jump register)
3	R-type、I-type	4
4	R-type、I-type	1
5	Load&Save	6(save)、7(load)
6	Save	1
7	Load	8
8	Load	1
9	Branch	1
10	Jump	1
11	Jump Register	1

控制信号的含义

信号	信号的含义	信号内容
IRWr	IR写入控制	0:不可写 1:可写
RFWr	RF写入控制	0:不可写 1:可写
DMWr	DM写入控制	0:不可写 1:可写
PCWrite	PC写入控制	0:不可写 1:可写
PCWriteCond	PC条件写入控制	0:不可写 1:可写(需同时满足跳转条件)
RegWAd	寄存器写入地址选择	0:rt部分 1:rd部分 2:立即数31
RegWDa	寄存器写入数据选择	0:ALU输出寄存器 1:数据内存输出 2:PC
PCSource	PC写入数据选择	0:ALU直接输出 1:ALU输出寄存器 2:J型指令低26位
ALUOp	ALU控制指令	详见alu_def.v
ALUSrcA	ALU输入1数据选择	0:PC 1:寄存器输出 2:shamt
ALUSrcB	ALU输入2数据选择	0:寄存器输出 1:立即数4 2:符号扩展 3:符号扩展左移两位 4:无符号扩展

各模块功能

模块	模块功能
ALU.v	运算单元
alu_def.v	运算单元的指令宏定义
B.v	branch指令判断部分的逻辑处理
BE.v	save指令数据内存操作码生成器
ctrl.v	控制单元
dm.v	数据内存
flopr.v	简单触发器(时钟下降沿触发)
im.v	指令内存
LHANDLE.v	数据内存读取附加处理模块
mips.v	CPU整体控制
mips_tb.v	测试模块
mux.v	多路选择器
PC.v	PC存储器
RF.v	寄存器
SE.v	符号扩展
UE.v	无符号扩展