自己动手写CPU(4)移动操作指令的实现

指令说明

MIPS32指令集架构中定义的移动操作指令共有6条: movn、movz、mfhi、mthi、mflo、mtlo，后4条指令涉及对特殊寄存器HI、LO的读/写操作。HI、LO寄存器用于保存乘法、除法结果。当用于保存乘法结果时，HI寄存器保存结果的高32位，LO寄存器保存结果的低32位;当用于保存除法结果时，H寄存器保存余数，LO寄存器保存商。

指令格式

MOVN

当功能码为6’b001011时,表示是movn指令。指令用法为:movn rd, rs,rt。

指令作用为: if rt ≠0 then rd <- rs，判断地址为rt的通用寄存器的值。如果不为零，那么将地址为rs 的通用寄存器的值赋给地址为rd的通用寄存器;反之，保持地址为rd的通用寄存器不变。movn是 Move Conditional on Not Zero的意思。

MOVZ

当功能码为6’b001010时，表示是movz指令。指令用法为:movz rd, rs, rt。
指令作用为: if rt = 0 then rd <- rs，与上面movn指令的作用正好相反，判断地址为rt的通用寄存器的值。如果为零,那么将地址为rs 的通用寄存器的值赋给地址为rd的通用寄存器;反之，保持地址为rd的通用寄存器不变。movz是 Move Conditional on Zero 的意思。

MFHI

当功能码为6’b010000时，表示是 mfhi 指令。指令用法为:mfhi rd。
指令作用为: rd <- hi，将特殊寄存器H的值赋给地址为rd的通用寄存器。

MFLO

当功能码为6’b010010时，表示是mflo指令。指令用法为:mflo rd。
指令作用为:rd <- lo，将特殊寄存器LO的值赋给地址为rd的通用寄存器。

MTHI

当功能码为6’b010001时，表示是mthi 指令。指令用法为: mthi rs。
指令作用为: hi<- rs，将地址为rs的通用寄存器的值赋给特殊寄存器HI。

MTLO

当功能码为6’b010011时，表示是mtlo指令。指令用法为:mtlo rs。
指令作用为: lo <- rs，将地址为rs的通用寄存器的值赋给特殊寄存器LO。

助记

MFxx为move from，MTxx为move to，这样是否需要读写特殊寄存器就可以记清了。

修改之处

主要需注意的地方是读取HI、LO寄存器时仍会存在数据相关问题，解决方式仍是使用数据前推，将处于访存阶段、回写阶段的指令对HI、LO寄存器的操作信息反馈到执行阶段，执行阶段依据这些信息，确定HI、LO寄存器的正确值。

修改后的系统结构

仿真结果

实验心得

开始时reg[4]最后的状态总是不对，不能到全0状态，debug后发现mfhi和mflo两条指令的译码阶段出现问题；分析代码后在译码模块中发现错误，inst[31:21]为全0的话会进另一个逻辑去判断而不会进op3的case语句中。以后编写代码时仍需谨慎！

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