自己动手写CPU之第八阶段（2）——转移指令实现思路

将陆续上传本人写的新书《自己动手写CPU》，今天是第35篇，我尽量每周四篇

8.3 转移指令实现思路

8.3.1 实现思路

根据8.1节的论述，为了尽量减少转移指令带来的损失，OpenMIPS在译码阶段进行转移条件的判断，如果满足转移条件，那么修改PC为转移目标地址。

8.3.2 数据流图的修改

为了实现转移指令，修改数据流图如图8-5所示。



从图中可知，在译码阶段多了转移判断的步骤，此外，PC的取值变为三种情况。

情况一：PC等于PC+4。这属于一般情况，每个时钟周期PC加4，指向下一条指令。

情况二：PC保持不变。当流水线暂停的时候，就会发生这种情况，参考第7章中流水线暂停的实现。

情况三：PC等于转移判断的结果。如果是转移指令，且满足转移条件，那么会将转移目标地址赋给PC。

8.3.3 系统结构的修改

为了实现转移指令，需要对系统结构进行修改，增加部分模块的接口，主要修改如图8-6所示。



有以下几点说明。

（1）如果处于译码阶段的指令是转移指令，并且满足转移条件，那么ID模块设置转移发生标志branch_flag_o为Branch，同时通过branch_target_address_o接口给出转移目的地址，送到PC模块，后者据此修改取指地址。

（2）如果处于译码阶段的指令是转移指令，并且满足转移条件，那么ID模块还会设置next_inst_in_delayslot_o为InDelaySlot，表示下一条指令是延迟槽指令，其中InDelaySlot是一个宏定义。next_inst_in_delayslot_o信号会送入ID/EX模块，并在下一个时钟周期通过ID/EX模块的is_in_delayslot_o接口送回到ID模块，ID模块可以据此判断当前处于译码阶段的指令是否是延迟槽指令。

（3）如果转移指令需要保存返回地址，那么ID模块还要计算返回地址，并通过link_addr_o接口输出，该值最终会传递到EX模块，作为要写入目的寄存器的值。

下一步将修改代码以实现转移指令。