许久没有更新过日志了，已然沉寂的太久。在技术的道路上漫漫求索，实属不易。消失的几个月里一直投身于仿真技术，力求能够弄清cpu的工作原理。所幸能参考大师之作《Digital Design and Computer Architecture》,收益颇丰。其书通篇讲述了数字设计的原理和方法，并且融入hdl仿真，理论与实际相结合。更难能可贵的是能结合计算机架构原理搭建cpu软核，实属上层佳品，感兴趣的朋友推荐一品。

     mips在商业领域虽不是一方霸主，但也小有所成。从其出身到现在一直受学校和数字设计爱好者的亲睐。Mips出自上世纪80年代斯坦福大学教授之手，而且其设计原理被其开发者写成书籍，经过几代人努力，已经成为先进产品。现在大学教授计算机架构都是以mips作为标准，很大程度上是因为其开放性以及学术支持。另外，mips属于最简指令集类型，无论从设计还是实现上都比较简单可行。下面就我最近在这个方向的经验做下总结。

     谈到题目”mips微架构”，我们首先要明白几个概念。什么叫微架构？在网上可以找到其定义和解释。我理解的是微架构可以看成计算机架构的具体实现。计算机架构包含指令集和相关的寄存器组定义。比如x86架构就会定义它包含的寄存器(如eax、cs等等)和汇编指令集(mov神马的)。架构定义出来，就构成了软件计算的基础，操作系统等系统组件都在此架构之上。对于相同的架构可以有不同的内部实现，这就是微架构。比如intel的cpu和amd的cpu都可以执行相同的x86代码和系统，因为他们虽然硬件构成不同，但是都是遵照x86统一架构实现的，所以芯片功能相同。

     下面简单介绍下mips32的架构。理解mips32架构的最好方式就是尝试写一个mips32的汇编器。这样不管是指令集还是寄存器意义都会深入与心。我这次的工作也包含这个方面。具体实现就不说了。

     寄存器组见下表:

  Mips指令集的二进制指令格式如下:

其指令是分类实现的，包括R型指令、I型指令、J型指令。他们对应的指令和指令码如下:

R型:

   指令             操作码              功能码

   add                 0                  0x20

   addu                0                  0x21

   sub                 0                  0x22

   subu                0                  0x23

   mult                0                  0x18

   div                 0                  0x1A

   divu                0                  0x1B

   mfhi                0                  0x10

   mflo                0                  0x12

   and                 0                  0x24

   or                  0                  0x25

   xor                 0                  0x26

   nor                 0                  0x27

   slt                 0                  0x2A

   sll                 0                  0

   srl                 0                  2

   sra                 0                  3

   jr                  0                  8

I型:

 指令                 操作码

addi                   8                                                                  addiu                  9                                                          ld                     0x23                                                 

lw                     0x23                                                        lh                     0x21                                                              lhu                    0x25                                                                  lb                     0x20                                                               lbu                    0x24                                                              sd                     0x0                                                  

sw                     0x2B                                                           sh                     0x29                                                             sb                     0x28                                                             lui                    0x0F                                                      

andi                   0x0C                                                                   ori                    0x0D                                                                  slti                   0x0A                                                                 beq                    4                                                               bne                    5

J型:

  指令               操作码

   j                  2                                                                                         jal                3

上述内容便是mips32的架构了，如果要了解更加详细的内容可以参考mips参考手册查询或者网上搜索相关资料。

下面我们根据《Digital Design and Computer Architecuture》书中章节进行mips微架构设计，为了简化，只设计了一个单周期的mips子集兼容cpu。对于cpu工作原理的理解是足够了。在做下面的设计前，建议大家先了解VHDL语言和计算机逻辑基础以及modelsim仿真这些基础内容。

   我们的测试代码段是:

# mipstest.asm

# David_Harris@hmc.edu 9 November 2005

#

# Test the MIPS processor.

# add, sub, and, or, slt, addi, lw, sw, beq, j

# If successful, it should write the value 7 to address 84

main: addi $2, $0, 5

      addi $3, $0, 12

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