08｜手写CPU（三）：如何实现指令执行模块？
LMOS
你好，我是 LMOS。
上一节课，我们完成了 CPU 流水线的指令译码模块设计。我们一起探讨了 RISC-V 指令是如何翻译的，还学会了提取不同类型指令中的信息。最后根据流水线的需要，我们设计出了译码控制模块和数据通路模块。
接下来，我们利用译码后的这些信息继续设计流水线的下一级——执行单元。指令执行算是 CPU 流水线中最复杂的一个阶段了，不过别担心，经过前面课程的准备，我们一定可以搞定它。
CPU 的执行概述
回顾前面我们已经设计完成的 CPU 流水线步骤：
1. 取指模块根据程序计数器（PC）寻址到指令所在的存储单元，并从中取出指令。
2. 译码模块对取出的指令进行翻译，得到功能码、立即数、寄存器索引等字段，然后根据某些字段读取一个或两个通用寄存器的值。
经过流水线的这两个步骤之后，下一步就需要把这些指令信息发送给执行单元去执行相关操作。根据译码之后的指令信息，我们可以把指令分为三类，分别是算术逻辑指令、分支跳转指令、存储器访问指令。
上节课我们已经详细解读了 RISC-V 指令集的指令格式，正是因为格式上比较简单而且规整，所以不同类别的指令执行过程也是类似的。这样，RISC 执行单元的电路结构相比 CISC 就得到了简化。
所以在指令执行阶段，上述的这三类指令都能通过 ALU 进行相关操作。比如，存储访问指令用 ALU 进行地址计算，条件分支跳转指令用 ALU 进行条件比较，算术逻辑指令用 ALU 进行逻辑运算。
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CPU流水线中指令译码模块的设计和实现是本文的重点。文章首先回顾了CPU流水线的取指和译码步骤，并介绍了指令的三类：算术逻辑指令、分支跳转指令和存储器访问指令。针对这三类指令，文章详细讨论了ALU模块的设计框图和执行控制模块的设计思路，以及相应的Verilog代码。此外，文章还介绍了通用寄存器模块的设计，包括读取和写入操作。通过文章的讲解，读者可以了解到CPU流水线中指令译码模块的复杂性和设计原理，以及相关Verilog代码的实现细节。 在ALU模块的设计中，文章详细解释了各种运算操作的实现原理，包括加减法计算、大小比较、左移右移等操作。特别是对于左移操作转换为右移进行处理的原因进行了深入的解释，为读者提供了清晰的逻辑思路。 总的来说，本文通过详细的技术讲解，使读者能够快速了解CPU流水线中指令译码模块的设计和实现原理，为深入学习和理解相关技术提供了良好的参考。
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Abcd置顶左移运算复用右移运算的电路，也体现了RISC－V精简的哲学：能够用基本的组合出来，就不创造新的电路作者回复: 是的
2022-08-21归属地：湖北3
peter置顶请教老师几个问题： Q1：[31:0]，什么意思？ input [31:0] regWData, 是说regWData占31位，每一位是0吗？ Q2：reg [31:0] regs[31:0];： 这条语句什么意思？ Q3：regs[ii] <= 32'b0; 是把32'b0写到regs[ii]吗？ 32'b0;，是说有32位，每一位是0吗？作者回复: input [31:0] regWData, 占用32位 每个位为0
2022-08-12归属地：湖北21
吴建平“如果它们的最高位不相等，则根据 ALU 运算控制码 aluOp 的最低位判断。如果 aluOp 最低位为“1”，表示是无符号数比较，直接取操作数 2 的最高位作为比较结果。如果 aluOp 最低位为“0”，表示是有符号数比较，直接取操作数 1 的最高位作为比较结果。” 这句话什么意思，比如，为什么无符号数比较，直接取操作数2的最高位为比较结果，这个最高位和大小没关系吧作者回复: 两个无符号数相减，被减数小的话，结果会变成负数，最高位就算"1"
2022-08-23归属地：湖北31
😇always @(posedge clk or posedge reset) begin if(reset) begin for(ii=0; ii<32; ii=ii+1) regs[ii] <= 32'b0; end else if(wen & (|regWAddr)) regs[regWAddr] <= regWData; end 请问这里为什么|regWAddr，没太看懂作者回复: U型指令是和I型指令相对应的J型指令和B型相对应，都是为了更多的bit对齐
2022-08-27归属地：湖北- +1还是没懂$signed() 函数将符号位扩位后的作用是什么
作者回复: 先把课程看完
2022-08-20归属地：湖北 
小博(微信/手机号1849登录)itype我咋没找到在哪里作者回复: clone 新的代码
2022-08-18归属地：湖北
苏流郁宓在 ALU 模块代码中，为什么要把左移操作转换为右移进行处理？ 这和cpu小端模式有关？作者回复: 不是 只是更加容易实现
2022-08-12归属地：湖北2
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