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最后一步了，在Ubuntu中，打开终端，进入我们添加了Makefile、ram.ld后的ucos-II文件夹，输入make all，稍等几秒钟，编译成功，如下：       下面怎么办？直接把ucosii.bin烧录到flash中？no，no，这样可是不行的，小伙伴们还记得在第三步中我们是如何在DE2上验证OpenMIPS的？我们做了一个测试，这个测试模拟了操作系统

前几篇实现了加载存储指令，今天将修改最小SOPC，为其添加数据存储器RAM，用以测试加载存储指令是否实现正确。

通过进一步修改OpenMIPS的代码，实现了MIPS指令集中的LL、SC指令。

已经到了这一步了，前面不远处就是终点，小伙伴们再加把劲。       这一步包括链接脚本、Makefile的建立，主要参考了OR1200平台上移植的ucos-II的相关文件。       第一步：新建链接脚本文件ram.ld，可以参考OR1200源代码中包含的μC/OS-II的ram.ld，内容如下，重点是单独声明一个vectors section，占用低0x80空间，用来存放的异常处理例

这是第二部分，介绍了OpenMIPS实践版的主要特点、结构、文件组织，同时以OpenMIPS实践版为核心，搭建了一个小型的SOPC，该SOPC具有SDRAM控制器、GPIO控制器、flash控制器、UART控制器等，可以满足我们的验证需要。  1 OpenMIPS实践版主要特点      相对OpenMIPS教学版而言，OpenMIPS实践版最大的特点是引入了Wishbone总线接口，

本节将通过一个测试程序验证为OpenMIPS添加的乘累加、乘累减指令是否实现正确

使用Verilog HDL设计实现了一款兼容MIPS32指令集架构的处理器——OpenMIPS。OpenMIPS处理器具有两个版本，分别是教学版和实践版。教学版的主要设想是尽量简单，处理器的运行情况比较理想化，与教科书相似，便于使用其进行教学、学术研究和讨论，也有助于学生理解课堂上讲授的知识。实践版的设计目标是能完成特定功能，发挥实际作用。

本书实现的OpenMIPS处理器是使用Verilog HDL编写的，所以本章接下来的几节将介绍Verilog HDL的一些基本知识，包括语法、结构等。因为本书并不是一本讲授Verilog HDL的专门书籍，所以此处介绍的内容并不是Verilog HDL的全部，只是一些基础知识，以及在OpenMIPS处理器实现过程中会使用到的知识。读者如果对Verilog HDL有进一步了解的需求，可以参考相关书籍，这方面有许多非常优秀的书籍。笔者推荐《数字系统设计与Verilog HDL（第4版）》，本章关于Verilog

Verilog定义的模块一般包括有过程语句，过程语句有两种：initial、always。其中initial常用于仿真中的初始化，其中的语句只执行一次，而always中语句则是不断重复执行的。此外，always过程语句是可综合的，initial过程语句是不可综合的。

上一节实现了一个简化的处理器取指电路，需要通过仿真以验证其功能是否正确，直观的仿真思路就是：给出一个时钟信号，上述电路会在每个时钟信号上升沿将取指地址加1，同时从指令存储器中取出一条指令，观察取指地址是否依次递增，同时观察取出的指令是否是存储器中取指地址对应的指令，如果都符合，那么上述取指电路就实现正确。此处涉及到两个问题。1、如何在指令存储器中存储指令，也就是指令存储器初始化问题。2、如何给出时钟信号？本节将分别解答上述问题，在此基础上，使用ModelSim进行仿真。

从本章开始将一步一步地实现教学版OpenMIPS处理器。本章给出了教学版OpenMIPS的系统蓝图，首先介绍了系统的设计目标，其中详细说明了OpenMIPS处理器计划实现的5级流水线。3.2节给出了OpenMIPS处理器的接口示意图，及各个接口的作用。3.3节简单解释了各个源代码文件的作用。最后描述了OpenMIPS处理器的实现方法，读者将发现本书给出的实现方法与现有书籍的方法完全不同，更加易于理解、便于实践。

前面几章介绍了很多预备知识，也描绘了即将要实现的OpenMIPS处理器的蓝图，各位读者是不是早已摩拳擦掌，迫切希望一展身手了，好吧，本章我们将实现OpenMIPS处理器的第一条指令ori，为什么选择这条指令作为我们实现的第一条指令呢？答案就两个字——简单，指令ori用来实现逻辑“或”运算，选择一条简单的指令有助于我们排除干扰，将注意力集中在流水线结构的实现上，当然也可以选择其它类似的指令，只要简单即可。通过这条简单指令的实现，本章在4.2节将初步建立OpenMIPS的五级流水线结构，当我们在后面章节中实现其

将验证我们的OpenMIPS是否实现正确，包含：流水线是否正确、ori指令是否实现正确。在验证之前，需要首先实现指令存储器，以便OpenMIPS从中读取指令。

OpenMIPS处理器在设计的时候就计划与MIPS32指令集架构兼容，所以可以使用MIPS32架构下已有的GNU开发工具链。本节将说明如何安装使用GNU开发工具链以及如何制作Makefile文件，从而以更加方便、快捷、自动的方式对测试程序进行编译，并得到指令存储器ROM的初始化文件inst_rom.data。

修改OpenMIPS的访存阶段，以实现加载存储指令。

修改OpenMIPS的访存阶段，以实现加载存储指令。...

修改OpenMIPS的执行阶段，以实现加载存储指令。

好了我们前面已经建立了移植ucos-II所需的目录，很整齐是吧，现在开始了移植中艰难的一段旅程，需要修改ucos-II的部分代码，主要是port目录下的，这个目录下的文件才是和移植有关的，要修改这么几个方面：去掉与MIPS M14K特点有关的代码。 将一些MIPS M14K具有的指令，而OpenMIPS没有的指令，使用OpenMIPS的指令替换，比如：di指令，该指令的作用是禁止中断，

经过前面三步的准备，想必大家对OpenMIPS已经有所了解了，甚至有的小朋友可能已经会使用了（如果真是这样……，啥也别说了，感动的想哭），从本文开始就正式进入ucos-II的移植部分了，本文介绍ucos-II文件目录的建立。       我们的移植思路是：充分借鉴已有的移植经验。       经过搜索，发现目前比较接近的是将ucos-II移植到MIPS M14K，就这个了。另外还借鉴了uc

在第二部分中，已经介绍了基于OpenMIPS的SOPC的结构，本文介绍如何将该SOPC下载到Altera的DE2上进行验证，我们的验证程序是模拟一个操作系统的启动过程，包括两个部分：BootLoader、SimpleOS，大家一看名字就理解了，前者是用来加载操作系统的，后者当然就是一个简单的操作系统了，这个操作系统有多简单呢？答：非常简单，只是读取串口收到的数据，然后把数据再发送回去。   

现在都流行自制，搭着这个东风，本人制作了一个32位的处理器，采用MIPS指令级，所以叫做OpenMIPS，它是完全开源的哦，大家可以自由下载讨论，共同提高。      裸奔是危险的，裸机也是不好用的，所以本人颇费周折的为OpenMIPS移植了开源操作系统ucos-II，一方面是为了便于使用，另一方面也是为了验证OpenMIPS是否实现正确。      现在，我宣布，我的OpenMIPS+u

计算机很复杂，可以听歌、看电影、上网、玩游戏，内部是怎么工作的，这个问题太可怕了，太复杂了。计算机很简单，只有加、减、乘、除、逻辑、移位、转移、存储、加载等几类可以做的操作，太简单了。复杂？简单？其实取决于个人对事物的认识程度，认识的越多，了解的越深刻，那么就越接近本质，而本质往往都是简单的，比如大名鼎鼎的质能方程，一个简单的式子就解释了质量与能量的关系。计算机就是一台计算的设备，而且是一台很基础的计算设备，只能计算小学数学课堂上讲授的四则运算，再加上一些并不复杂的与、或、非等逻辑运算，其余诸如平方、

MIPS指令集架构自上世纪80年代出现后，一直在进行着更新换代，从最初的MIPS I到MIPS V，发展到可支持扩展模块的MIPS32、MIPS64系列，再到集成代码压缩技术的microMIPS32、microMIPS64。每个MIPS ISA都是其前一个的超集，没有任何遗漏，只有增加新的功能。

在前文介绍RISC的特点时提到一点：大量使用寄存器。这是因为寄存器的存取可以在一个时钟周期内完成，同时也简化了寻址方式。MIPS32的指令中除加载/存储指令外，都是使用寄存器或立即数作为操作数的。MIPS32中的寄存器分为两类：通用寄存器（GPR：General Purpose Register）、特殊寄存器。

FPGA是可编程逻辑器件（PLD：Programmable Logic Device）的一种。PLD是上世纪70年代发展起来的一种新型器件，它的应用和发展不仅简化了电路设计，降低了开发成本，提高了系统可靠性，而且给数字系统的设计方法带来了革命性的变化。截止到现在，出现了多种工艺、不同原理的PLD，如下。 PLA（Programmable Logic Array）可编程逻辑阵列 PAL（Programmable Array Logic）可编程阵列逻辑 GAL（Generic Array Logic

本节将设计一个简化的处理器取指令电路，通过这个例子体会Verilog HDL的使用。处理器内部一般有一个PC寄存器，其中存储指令地址，正常运行过程中，PC的值会随时间增加，同时从指令存储器中取出对应地址的指令。所以，本节实现的处理器取指令电路，包含两部分：PC模块、指令存储器。

MIPS32指令集架构中定义的加载存储指令共有14条，其中8条加载指令：lb、lbu、lh、lhu、ll、lw、lwl、lwr，6条存储指令：sb、sc、sh、sw、swl、swr，本文介绍了除lwl、lwr、swl、swl外的10条指令的含义及其作用。

今天继续对MIPS32中加载存储指令进行说明（主要是swl、swr），上次已经介绍一些其他的加载存储指令，大家可以回顾。

介绍除ll、sc之外的加载存储指令的实现思路1、加载指令实现思路加载指令在译码阶段进行译码，得到运算类型alusel_o、aluop_o，以及要写的目的寄存器信息。这些信息传递到执行阶段，然后又传递到访存阶段，访存阶段依据这些信息，设置对数据存储器RAM的访问信号。从RAM读取回来的数据需要按照加载指令的类型、加载地址进行对齐调整，调整后的结果作为最终要写入目的寄存器的数据。2、存储指令实现思路存储指令在译码阶段进行译码，得到运算类型alusel_o、aluop_o，以及要存储的数据。这些信息传递到

《自己动手写CPU》写书评获赠书活动最终名单出炉了，出版社已经寄出赠书，各位童鞋注意查收呵！

为了得到指令存储器初始化文件，我们需要输入4条命令，有点麻烦，最好只输入一条命令就可以了，这需要使用到Makefile文件。

我们在第4章实现的五级流水线结构很简单，如果按照“简单即美（Simple is Beautiful）的标准，那么我们的流水线是美的，但是不完美，因为现实往往是复杂的，一个简单的流水线是解决不了如此多的现实问题的，本节探讨的数据相关问题就是其中一个问题。在我们实现逻辑、移位操作等其它指令之前，必须先讨论这个问题，因为这个问题已经影响到测试程序的编写了。流水线中经常有一些被称为“相关”的情况发生，它使得指令序列中下一条指令无法按照设计的时钟周期执行，这些“相关”会降低流水线的性能。流水线中的相关分为三种类型。

完善补充了OpenMIPS的代码，实现了MIPS32指令集中的乘累加、乘累减指令，共有四条：madd、maddu、msub、msubu

OpenMIPS设计采用试商法实现除法运算，对于32位的除法，需要至少32个时钟周期才能得到除法结果。本节介绍试商法的一般过程。

DIV模块的主要部分是一个状态机，共有四个状态，如下，状态转换如图7-18所示。 DivFree：除法模块空闲 DivByZero：除数是0 DivOn：除法运算进行中 DivEnd：除法运算结束

通过修改OpenMIPS译码阶段、执行阶段的代码，实行了除法指令

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通过一个测试程序验证为OpenMIPS添加的除法指令是否实现正确

本章将为OpenMIPS处理器添加转移指令，转移指令包括跳转、分支两种，区别在于前者是绝对转移，后者是相对转移，但实现方法是相似的。转移指令涉及延迟槽，所以首先在8.1节介绍了延迟槽的概念，接着在8.2节对MIPS32指令集架构中定义的所有转移指令的格式、作用、用法进行了说明。在8.3节介绍了OpenMIPS实现转移指令的思路，以及对数据流图、系统结构的修改。8.4节通过修改代码实现了转移指令，最后通过两个测试程序，验证转移指令是否实现正确。

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。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。