分享一点设计技巧：LDM指令如何多周期处理

free-arm · 发表于 2012-4-24 12:59:52

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我们看ARM的架构体系，比较麻烦的是LDM指令。LDM指令是这样的，32位指令的低16bit会对应寄存器组的R0~R15。某一个bit设定为1，那么该bit对应的寄存器会作为目标寄存器，把数据从RAM内读出，写入该寄存器。但是哪一个bit是1还是0，这是随机的。如果我们处理这条LDM指令，自然是从低位到高位，1 bit占据一个周期进行处理，然后该bit复位为0，直到所有的bit全部变为0。

现在问题出来了，cmd[15:0]如何完成这样的操作呢？它的16个bit每一个bit都可能是1，我们如何能够让它从低位到高位，不断的从1变成0，直到所有的1全部变成0？如果把cmd[15:0]当成一个整体考虑，那么我们无论如何是无法完成这个操作的。因为cmd[15:0]每一bit是0是1的情况有2^16种，难道我们要穷举出来？

可能很多人在尝试做ARM处理器实现的时候，都会碰到这个拦路虎，无法对全功能指令进行处理。现在Verilog描述技巧派上了用场。看下面，对cmd的描述代码：

always @ ( posedge clk or posedge rst )
if ( rst )
cmd <= #`DEL 32'd0;
else if ( cpu_en )
if ( ~hold_en )
cmd <= #`DEL code;
else if ( cmd_is_swp ) begin
cmd[27:25] <= #`DEL 3'b110;
cmd[15:12] <= #`DEL cmd[3:0];
end
else if ( cmd_is_multl )
cmd[27:25] <= #`DEL 3'b110;
else if ( cmd_is_ldm ) begin
cmd[0] <= #`DEL 1'b0;
cmd[1] <= #`DEL cmd[0] ? cmd[1] : 1'b0;
cmd[2] <= #`DEL (|(cmd[1:0])) ? cmd[2] : 1'b0;
cmd[3] <= #`DEL (|(cmd[2:0])) ? cmd[3] : 1'b0;
cmd[4] <= #`DEL (|(cmd[3:0])) ? cmd[4] : 1'b0;
cmd[5] <= #`DEL (|(cmd[4:0])) ? cmd[5] : 1'b0;
cmd[6] <= #`DEL (|(cmd[5:0])) ? cmd[6] : 1'b0;
cmd[7] <= #`DEL (|(cmd[6:0])) ? cmd[7] : 1'b0;
cmd[8] <= #`DEL (|(cmd[7:0])) ? cmd[8] : 1'b0;
cmd[9] <= #`DEL (|(cmd[8:0])) ? cmd[9] : 1'b0;
cmd[10] <= #`DEL (|(cmd[9:0])) ? cmd[10] : 1'b0;
cmd[11] <= #`DEL (|(cmd[10:0])) ? cmd[11] : 1'b0;
cmd[12] <= #`DEL (|(cmd[11:0])) ? cmd[12] : 1'b0;
cmd[13] <= #`DEL (|(cmd[12:0])) ? cmd[13] : 1'b0;
cmd[14] <= #`DEL (|(cmd[13:0])) ? cmd[14] : 1'b0;
cmd[15] <= #`DEL (|(cmd[14:0])) ? cmd[15] : 1'b0;
end
else;
else;

复制代码

在认定cmd是LDM指令后，也就是cmd_is_ldm生效后，我们就必须从cmd[0]开始不断的把1变成0，直到最后一个1。在上面的实现代码中，我们不是吧cmd[15:0]作为整体考虑，而是对每一个bit作为个体考虑，那么各个击破，就达到了目标。

以cmd[0]来说，不管cmd[0]是0还是1，那么下一个周期它必然等于0。
  以cmd[1]来说，它要看cmd[0]是否等于1，如果cmd[0]等于1，那么这一周期轮不上cmd[1]从1变成0，它可以保持不变；如果cmd[1]等于0，那么对不起，cmd[1]也会不管等于啥，都必须等于0。
  以cmd[2]来说，它要看的对象是cmd[1:0]中间是否含有一个1，只有cmd[2]前面有一个1存在，那么cmd[2]就可以保持不变，没有它的事，有前面的bit顶着呢；如果cmd[1:0]全部等于0，那么cmd[2]也就必须强制等于0。
以此类推，cmd[15:3]都可以采用这个方法描述。

  那么，不管cmd[15:0]是何种bit图案，那么cmd[15:0]都会从低到高的把1电平变成0电平。

  LDM指令的cmd[15:0]含有几个1，那么cmd[15:0]也就会有几个周期来变成全0，因此我们就实现了对LDM指令的分化，我们只要对每一个周期的最低bit进行处理，完成单周期的LDR操作即可。