CS61C-Risc-V Processor Design

友情链接：MIPS指令结构

CPU

• Processor: active part of the computer that does all the work(data manipulation and decision-making)
• Datapath: portion of the Processor that contains hardware necessary to perform operations required by the Processor
• Control: portion of the Processor(also in hardware) that tells the Datapath what needs to be done

Building a Risc-V Processor

可以类比成状态机的设计。

将执行指令的过程拆解为多个小状态，方便设计。

• Stage 1: 指令的抓取（posedge）
• Stage 2: 指令的解码/寄存器的读取
• Stage 3: 执行-ALU
• Stage 4: 访问内存
• Stage 5: 写回到寄存器中（posedge）

How to Build a Datapath

• 寄存器
• 写使能：为1时在posedge的时候更新为In

• 寄存器组（包含32个寄存器）
• RA用来选择放在busA的寄存器，RB同理
• RW用来选择要被执行写操作的寄存器（当写使能为1时且写入的数据由busW传递）
• 当执行读取操作时，寄存器组被视作一个组合逻辑电路（在输出前的延迟时间为乘坐”access time“

• 内存
• 对于读取：地址选择应该被放在Data Out的数据
• 对于写入：地址选择应该被Data In写入的内存（当写使能为1时）
• 读取操作与寄存器相同

Datapath for add/sub

Datapath With Immediates

在I形指令中，立即数需要做扩展。而扩展的方式分为零扩展与符号扩展（根据编码的不同，扩展的方式也不相同）

Datapath for Stores

Implementing Branches

改变PC来实现分支：

• PC=PC+4(非分支)
• PC=PC+immediate(分支)

Adding JALR to Datapath

JALR是I形指令（Jump-And-Link-Register)：

• JALR rd,rs,immediate
• 将PC+4写入rd
• 设置PC=rs1+immediate

Adding JAL

J形式指令（与上面的JALR有一些类似）。不同的地方在于，PC=PC+offset（PC-relative jump)

Adding U-Types

终于要结束了

我们来看最后一种类型的指令——U-Types.

• lui：load upper immediate
• auipc：add upper immediate to PC

Recap Datapath!

到此，Datapath设计完成！