OpenMIPS

用来记录学习《自己动手写CPU》的过程。

ToolKit 中主要包括编译 MIPS 指令的文件。
- Step1：首先需要将 mips-4.3-221-mips-sde-elf-i686-pc-linux-gnu.tar.bz2 文件解压到 /opt/ 中。
- Step2：之后打开用户主目录 Home 文件夹，通过 ls -a 指令找到隐藏的 .bashrc 文件，使用 gedit 编辑这个文件。
- Step3：在此文件的最后加入 PATH 的设置。
- Step4：重新启动 Ubuntu 系统。重启后，打开终端，在其中输入 mips-sde-elf-，然后按两次 Tab 键，会列出刚刚安装的针对 MIPS 平台的所有编译工具，如下图所示，表示 GNU 工具链安装成功。
- Step5：每次通过 Makefile 完成对 MIPS 指令的编译。Makefile 主要依赖如下的几个文件。
  - inst_rom.S: 这里面包括 MIPS 用到的汇编指令。下面给一个示例：
```
.org 0x0        // 指示程序从地址 0x0 开始
.global _start  // 定义一个全局符号 _start
.set noat       // 允许自由使用寄存器 $1
_start:
    ori $1, $0, 0x1100
    ori $1, $1, 0x0020
    ori $1, $1, 0x4400
    ori $1, $1, 0x0044
```
  - ram.ld: 连接描述脚本。
  - Bin2Mem.exe: 由 Bin2Mem.c 文件通过 gcc ./Bin2Mem.c -o Bin2Mem 编译生成，需要注意的是在生成 Bin2Mem.exe 文件后要赋予其权限，chmod 777 Bin2Mem.exe 否则后面会报错。
- Step6：最终生成 inst_rom.data 文件，可以在 Vivado 中通过 readmemh 完成 rom 的初始化。需要注意的是生成的 inst_rom.data 最后一条指令会重复，因此在进行仿真的过程中需要将最后重复的这条指令删去。

Chapter4：第一条指令 ori 的实现。
- 本章通过实现指令 ori，搭建了一个原始的五级流水线结构，这也是 OpenMIPS 的核心。
- 实现了一个用于测试的最小 SOPC，仅仅包括处理器 OpenMIPS、指令存储器 ROM。
- 文件结构示例：
  - Data: 用来存放 rom 初始化的数据文件。
    - inst_rom.data
  - Include：用来存放 openmips 用到的头文件。
    - define.v
  - RTL：用来存放 openmips 用到的 RTL 文件。
    - ex.v
    - ex_mem.v
    - id.v
    - id_ex.v
    - if_id.v
    - inst_rom.v
    - mem.v
    - mem_wb.v
    - openmips.v
    - openmips_min_sopc.v
    - pc_reg.v
    - regfile.v
  - Sim：用来存放 openmips 用到的仿真文件。
    - openmips_min_sopc_tb.v
  - Picture：用来存放说明文件中用到的图片。

Chapter5：逻辑、移位操作与空指令的实现。
- 本章首先分析了流水线中存在的数据相关问题，然后使用数据前推的方法解决了数据相关问题，随后修改 OpenMIPS，实现了对逻辑、移位操作和空指令的支持，主要修改的是译码阶段的 ID 模块、执行阶段的 EX 模块。其中，在 ID 模块添加对新指令的译码，在 EX 模块添加对新的运算类型的支持。
- 主要实现的指令如下：
  - 逻辑操作指令：and, andi, or, ori, xor, xori, nor, lui。
  - 移位操作指令：sll, sllv, sra, srav, srl, srlv。
  - 空指令：nop, ssnop, 需要注意的是 MIPS 中还定义了 sync, pref（这个指令用 mips 工具包编译会报错，不知道为啥）这两个指令，但是因为在 OpenMIPS 没有用到，因此也归为空指令一类。

Chapter6：移动操作指令的实现。
- 本章实现移动操作指令，首先说明移动操作指令涉及对特殊寄存器 HI、LO 的读/写操作，因此实现了这两个特殊寄存器。同样地采用数据前推的方法解决了数据相关问题，修改 OpenMIPS系统结构图实现了对移动操作指令的支持，主要修改的是译码阶段的 ID 模块、执行阶段的 EX 模块。其中，在 ID 模块添加对新指令的译码，在 EX 模块添加对新的运算类型的支持。
- 主要实现的指令如下：
  - 移动操作指令：movn, movz, mfhi, mthi, mflo, mtlo。

cpyhal3515 / OpenMIPS

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