第 6 章 在流水线中添加普通用户态指令

6.1 任务与实践

完成本章的学习后，希望读者能够完成以下2个实践任务：

  1. 算术逻辑运算指令和乘除法运算指令添加，参见下面第6.1.1小节。
  2. 转移指令和访存指令添加，参见下面第6.1.2小节。

6.1.1 实践任务10：算术逻辑运算指令和乘除法运算指令添加

本实践任务要求在实践任务9实现的CPU基础上完成以下工作：

  1. 添加算术逻辑运算类指令slti、sltui、andi、ori、xori、sll、srl、sra、pcaddu12i。
  2. 添加乘除运算类指令mul.w、mulh.w、mulh.wu、div.w、mod.w、div.wu、mod.wu。
  3. 运行exp10对应的func，要求成功通过仿真和上板验证。

请参照第2.3.1节中介绍的方式获取本次实践任务所需的实验开发环境。具体的实验环境仍位于 mycpu_env/ 目录下，且仍使用soc_bram/子目录。

实验环境准备就绪后，请参考下列步骤完成本实践任务：

  1. 将所实现CPU的代码更新至mycpu_env/myCPU/目录中。
  2. 修改func配置文件——mycpu_env/func/include/test_config.h，选择exp10的配置，编译。（如果是通过压缩包exp10.zip获取实验开发环境的，请跳过该步骤。）
  3. 打开gettrace工程——mycpu_env/gettrace/gettrace.xpr。（该Vivado工程中的IP核是使用Vivado2019.2创建的，如果使用更高版本的Vivado打开，请参考附录D.4节进行IP核升级。）运行gettrace工程的仿真（进入仿真界面后，直接点击run all等待仿真运行完成），生成新的参考trace文件golden_trace.txt（mycpu_env/gettrace/golden_trace.txt）。要等仿真运行完成，golden_trace.txt才有完整的内容。（如果是通过压缩包exp10.zip获取实验开发环境的，请跳过该步骤。）
  4. 进入 mycpu_env/soc_verify/soc_bram/run_vivado/ 目录下启动验证myCPU的工程。如果该目录下尚未创建工程，请参照附录D.2节介绍的步骤，利用该目录下的 create_project.tcl 文件创建工程。如需要，请参考附录D.4节进行IP核升级。如果该目录下已有前一实践任务创建过的工程，可以在打开工程后，参照附录D.3节介绍的步骤，更新项目中CPU实现文件的列表。
  5. 参考第4章4.2.5.2小节，对工程中的inst_ram重新定制。（如果是通过压缩包exp10.zip获取实验开发环境的，请跳过该步骤。）
  6. 在验证myCPU的工程中运行仿真（进入仿真界面后，直接点击run all），进行功能验证与调试，直至仿真测试通过。
  7. 在验证myCPU的工程中综合实现后生成bit流文件，进行上板验证。（如果无硬件实验平台，请跳过该步骤。）

6.1.2 实践任务11：转移指令和访存指令添加

本实践任务要求在实践任务10实现的CPU基础上完成以下工作：

  1. 添加转移指令blt、bge、bltu、bgeu。
  2. 添加访存指令ld.b、ld.h、ld.bu、ld.hu、st.b、st.h。
  3. 运行exp11对应的func，要求成功通过仿真和上板验证。

请参照第2.3.1节中介绍的方式获取本次实践任务所需的实验开发环境。具体的实验环境仍位于 mycpu_env/ 目录下，且仍使用soc_bram/子目录。

实验环境准备就绪后，请参考下列步骤完成本实践任务：

  1. 将所实现CPU的代码更新至mycpu_env/myCPU/目录中。
  2. 修改func配置文件——mycpu_env/func/include/test_config.h，选择exp11的配置，编译。（如果是通过压缩包exp11.zip获取实验开发环境的，请跳过该步骤。）
  3. 打开gettrace工程——mycpu_env/gettrace/gettrace.xpr。（该Vivado工程中的IP核是使用Vivado2019.2创建的，如果使用更高版本的Vivado打开，请参考附录D.4节进行IP核升级。）运行gettrace工程的仿真（进入仿真界面后，直接点击run all等待仿真运行完成），生成新的参考trace文件golden_trace.txt（mycpu_env/gettrace/golden_trace.txt）。要等仿真运行完成，golden_trace.txt才有完整的内容。（如果是通过压缩包exp11.zip获取实验开发环境的，请跳过该步骤。）
  4. 进入 mycpu_env/soc_verify/soc_bram/run_vivado/ 目录下启动验证myCPU的工程。如果该目录下尚未创建工程，请参照附录D.2节介绍的步骤，利用该目录下的 create_project.tcl 文件创建工程。如需要，请参考附录D.4节进行IP核升级。如果该目录下已有前一实践任务创建过的工程，可以在打开工程后，参照附录D.3节介绍的步骤，更新项目中CPU实现文件的列表。
  5. 参考第4章4.2.5.2小节，对工程中的inst_ram重新定制。（如果是通过压缩包exp11.zip获取实验开发环境的，请跳过该步骤。）
  6. 在验证myCPU的工程中运行仿真（进入仿真界面后，直接点击run all），进行功能验证与调试，直至仿真测试通过。
  7. 在验证myCPU的工程中综合实现后生成bit流文件，进行上板验证。（如果无硬件实验平台，请跳过该步骤。）