开源软核学习笔记05（继续OpenMIPS开发笔记）——2014_1_31

leishangwen

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为什么在执行阶段控制 new pc的值

day5- 2 大boss
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oldbeginner 发表于 2014-2-7 20:20

                               
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    当时觉得在译码阶段要做的事情比较多，所以将“解决寄存器数据相关的过程”放在了执行阶段，也就是在执行阶段才能得到最终正确的ALU操作数，所以在译码阶段是无法判断new pc的，这一点在转移指令的执行过程中会更加清楚。
    后来发现这种设计方法与mips的标准有些出入，计划在后期改进，将“解决寄存器数据相关的过程”放在译码阶段，这样在译码阶段就可以判断是否转移等，new pc也就确定了。

leishangwen

回复 10# oldbeginner


    您这个双节棍面包我没看明白，但openmips的多周期实际并不复杂，就是暂停取指、译码，其余流水线阶段正常进行

oldbeginner

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    您这个双节棍面包我没看明白，但openmips的多周期实际并不复杂，就是暂停取指 ...
leishangwen 发表于 2014-2-8 17:10

                               
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    其它食品都是加工一次（周期为1），而双截棍面包（虚构的）是要分两步，先面包，然后用链子串在一起，对厨师相当于双周期指令。

图片和动画是按照对你的iu 文件流程而做的，pc 没有增加，相当于重复了一条指令，对吗？跟在 双周期指令后面的指令在执行阶段会被覆盖，相当于被删除了（尽管该指令被取指和译码），动画上的表现是面包覆盖了面条。

谢谢你的回复，双周期指令对我来说还是比较难理解的。

oldbeginner

当时觉得在译码阶段要做的事情比较多，所以将“解决寄存器数据相关的过程”放在了执行阶段，也就 ...
leishangwen 发表于 2014-2-8 17:08

                               
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明白了。从代码流程上，还有模拟结果上，更换顺序好像结果都一样。

下面是把判断放到译码阶段，
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-- DECODE STAGE
-----------------------------------------------------------------------
    --调用过程inst_decode
      inst_decode(r.d.inst, v.e.wreg, v.e.rd, v.e.aluop, v.e.alusel,
                  v.e.rfe1, v.e.rfe2, v.e.rfa1, v.e.rfa2, v.e.imm, v.e.cnt, v.e.inst_valid);
  
    if(r.e.cnt /= "00") then     --在inst_decode过程中依据指令设置r.e.cnt的值
        ex_stall_for_multicycle_inst := '1';     --对于多周期指令，设置该值为"1"，表示流水线因为
                                                 --多周期指令而暂停
        v.m.whilo := '0';
        v.m.wreg := '0';
      else
        ex_stall_for_multicycle_inst := '0';
    end if;

仿真结果图，


结果一样。

oldbeginner

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    您这个双节棍面包我没看明白，但openmips的多周期实际并不复杂，就是暂停取指 ...
leishangwen 发表于 2014-2-8 17:10

                               
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    面包会覆盖后面跟随的指令，

   if(ex_stall_for_multicycle_inst = '1') then
      rin.e.reg1 <= ex_opdata1;
      rin.e.reg2 <= ex_opdata2;   
      rin <= r;
      rin.e.cnt <= cnt_temp;        
      rin.e.hilo <= hilo_temp;
      rin.m <= v.m;                   --访存阶段继续向前流转
      rin.w <= v.w;                   --回写阶段继续向前流转

所以动画中，面包（双周期指令）会覆盖面条（任一指令）。
双周期指令会覆盖紧随的后一条指令，所以让pc 值不变换，相当于后一条指令重复了一次（因为前一次被面包覆盖了）。
取指和译码没有停止过。

leishangwen

回复 14# oldbeginner


    您这个理解是有问题的，像您这样改变了代码顺序，但是并没有实现在译码阶段判断，判断依据还是r.e.cnt，是执行阶段的变量

leishangwen

回复 15# oldbeginner


     并没有覆盖下一条指令，取指、译码阶段是暂停的

oldbeginner

回复 16# leishangwen


    这个地方我用错了，不应该用r.e，它是执行阶段的参数。可以改成v.e，然后

更改如下，
    --依据乘法结果，给出新的hilo、whilo的值，以及cnt的值
    set_new_hilo(r, v, ex_mul_res, newhilo, hilo_temp, v.m.hilo, v.m.whilo, cnt_temp );   
   
if(r.e.cnt /= "00") then     
        v.m.whilo := '0';
        v.m.wreg := '0';
end if;
-----------------------------------------------------------------------
-- DECODE STAGE
-----------------------------------------------------------------------
    --调用过程inst_decode
      inst_decode(r.d.inst, v.e.wreg, v.e.rd, v.e.aluop, v.e.alusel,
                  v.e.rfe1, v.e.rfe2, v.e.rfa1, v.e.rfa2, v.e.imm, v.e.cnt, v.e.inst_valid);
  
    if(v.e.cnt /= "00") then     --在inst_decode过程中依据指令设置r.e.cnt的值
        ex_stall_for_multicycle_inst := '1';     --对于多周期指令，设置该值为"1"，表示流水线因为
                                                 --多周期指令而暂停
      else
        ex_stall_for_multicycle_inst := '0';
    end if;

只要出现双周期，就进入该指令的死循环，不停执行该指令。



仿真结果图，7022 0000 指令不停执行，


从上面的结果上看，在译码阶段设置PC 值，确实早了一步，还是在执行阶段设置PC值好一些。

oldbeginner

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回到 MC8051

多周期CPU时序，但是非流水线
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开始没有区分多周期cpu时序 和 多周期 指令，当成一回事，所以理解不下去了，不过在《计算机原理与设计》第8章（浏览到的）


开始明白 要区分 多周期 时序 和多周期指令， day5-2 是 流水线时序中的多周期指令问题

而MC8051 就是多周期时序，
在笔记04最后部分，


放大指令，如下

   
这样找到了一个OPENMIPS 和MC8051的一个主要区别，还有另外的区别是寄存器堆和堆栈结构（目前还没有太注意到）。

oldbeginner

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day 5-3 学习

加入除法的流水线
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对除法本身如何实现暂时略过，还是考虑流水线的更新，同样基于 精简后的day4-2 ，这样流水线简单

首先是，需要增加 div 一个component，和iu 的结构如下（省略dmem），


其实流水线变动很小，执行阶段多了一个和 div 模块的互动，同时也是双周期指令，