太原理工大学-2022-12-冬季课设-RoLa处理器

项目团员

团队成员： 以凝(个人 limper.styrene.03@icloud.com)

本处理器特性：

• 标量处理器,顺序执行

• 实现的指令 89条：

  1. 逻辑操作 8条：and andi or ori xor xori nor lui
  2. 移位操作 6条：sll sllv sra srav srl srlv
  3. 移动类 6条：movn movz mfhi mthi mflo mtlo(后四个设计对特殊寄存器HI,LO的操作)
  4. 算数操作 21条：add、addi、addiu、addu、sub、subu、clo、clz、slt、slti、sltiu、sltu、mul、mult、multu、madd、maddu、msub、msubu、div、divu
  5. 转移指令 14条，分为
     1. 跳转 : jr jalr j jal （在转移之前都要先执行延迟槽指令）
     2. 分支 : b bal （前两个不用单独实现）beq bgez bgezal bgtz blez bltz bltzal bne
  6. 存储加载指令 14条：
     1. 8条加载: lb lbu lh lhu ll lw lwl lwr
     2. 6条存储指令: sb sc sh sw swl swr
  7. 协处理器访问指令 2条：mtc0，mfc0
  8. 异常指令 14条

     1. 自陷指令12条：

        a. 不包括立即数6条：teq，tge，tgeu，tlt，tltu，tne

        b. 包含立即数6条：teqi，tgei，tgeiu，tlti，tltiu，tnei

     2. 系统调用：syscall（这里解释一下，RoLa不区分用户模式和内核模式，所以没有使用Status寄存器的UM字段，所有操作没有限制，但是这里还是实现了syscall）

     3. 异常返回指令：eret

  9. 其余 4个指令：
     1. nop : 空指令
     2. ssnop : 特殊类型的空指令
     3. sync : 保证加载，存储顺序
     4. pref : 缓存预取

• 相关接口

项目结构介绍：

• src/RoLa: 各个模块的源码文件

• src/Flash:Flash控制器

• src/GPIO:GPIO控制器

• src/SDRAM:SDRAM控制器(相应的实例化的配置信息有待调整)

• src/wb_conmax:总线

• sim : 存放了开发阶段的项目仿真文件

• img : 含有开发信息的图片

• pdf : MIPS参考资料

• tools/mips-4.3 ： 编译工具链

• tools/compile ： 编译指令文件夹，其中有一个makefile负责将汇编代码转成机器码。里面的大多数文件不重要，你需要关注你的.data文件。使用方法是：

  1. 执行make clean清空其他无关文件
  2. 将你需要转变成机器码的汇编文件拖到此文件夹。一般情况下你可以将sim下的.s文件拖进来进行转化。
  3. 执行make或者make all，即可。注意clean会清除你的.s文件，执行之前请想清楚.s还要不要。

其他说明：

• 关于编译链工具的使用说明：本编译链工具可以运行在linux下，（mac貌似不行，我没有运行成功在mac上）ubuntu 64位下可以兼容32位程序的运行，但是必须要有32位基础库的支持才行。请依次运行以下指令。

  sudo dpkg --add-architecture i386
  sudo apt-get update
  sudo apt-get install libc6:i386 libncurses5:i386 libstdc++6:i386
  sudo apt install lib32z1

• 另外本项目还附赠了支持win的编译链工具。同在tools文件夹下。(2022.12.9:win下的编译链工具貌似有点问题，和Bin2Mem不太兼容，请审慎。如果不想费脑细胞的话请无脑使用项目自带的编译链工具在linux下运行)

• 源码中有一个小小的可执行文件Bin2Mem.exe，这个可执行文件只能linux下运行。由于我开发RoLa的时候涉及到Win，Mac和Linux三种环境，所以为了解决不兼容问题，编写一个py脚本用于读取bin转化成hex/data文件。源码在Bin2Mem文件夹下。

• 处理器的名字,RoLa,来源一个歌曲 Round ＆ Laundry 《卡罗尔与星期二》 ,各取了两个单词的前两个字母。 计划写这个课设的时候，网易云心动模式播放了这个，然后一时兴起给了这个名字

• 最后谈谈个人写这个课设的感悟，大学四年第一次一个人不组队写课设。整个项目看我提交commit message就可以看出开发时候的自由和洒脱。收货分两方面谈，第一点从项目角度出发，个人开发的好处就是可以全权揽在手里，整个项目写完之后至少不会有任何外界因素造成的遗憾；第二点从心得和收货的角度上讲，这个处理器的开发流程给我有不小的收货，软件到硬件，终于做到或者勉强做到了通透的感觉。整个实践下来，一开始还是比较顺利的，因为一开始代码量小，bug比较好查，但是越到后期，功能越加越多，代码越来越冗杂沉重，bug确确实实是越来越难查了。必须硬着头皮给它找出来，可能是顶层模块的接口没有露出来，可能是宏定义没及时更新，甚至可能是组合逻辑写成了时序逻辑（体现在敏感信号不小心把*写成posedge clk，这个查了两天）总而言之，仿真之后波形不对就回去再查再改，形成了一套井然有序的流程：Mac上写代码-推送-Linux拉取编译-推送-Win拉取仿真-打回Mac修bug-Win拉取再仿真，直至仿真波形正确。

参考资料：

1. 自己动手写CPU - 雷思磊 (本项目原型是书中OpenMIPS)

2. Minsys 开发指南 （本次课设指导说明）

3. AssemblyLanguageProgDoc

4. The MIPS32$^{TM}$ Instruction Set - MIPS_Vol2.pdf

5. The MIPS32$^{TM}$ Privileged Resource Architecture - MIPS_Vol3.pdf

个人开发笔记链接：

from飞书:个人开发文档