自己动手写CPU
共49讲自己动手写CPU教程，来源：https://blog.csdn.net/leishangwen/category_5723475
自己动手写CPU教程，来源：https://blog.csdn.net/leishangwen/category_5723475
时间从1971年11月15日开始，那一天，Intel发布了世界上第一款单芯片微处理器4004。
MIPS指令集架构自上世纪80年代出现后，一直在进行着更新换代，从最初的MIPS I到MIPS V，发展到可支持扩展模块的MIPS32、MIPS64系列，再到集成代码压缩技术的microMIPS32、microMIPS64。
本书设计的处理器遵循MIPS32 Release 1架构，所以本节介绍的MIPS32指令集架构指的就是MIPS32 Release 1。
本书是通过“代码 + FPGA”的方式实现CPU的，本章将对其原理进行解释，并对使用的编程语言Verilog HDL进行介绍。
本章接下来的几节将介绍Verilog HDL的一些基本知识，包括语法、结构等。
Verilog定义的模块一般包括有过程语句，过程语句有两种：initial、always。其中initial常用于仿真中的初始化，其中的语句只执行一次，而always中语句则是不断重复执行的。
本节将设计一个简化的处理器取指令电路，通过这个例子体会Verilog HDL的使用。
本节将解答指令存储器初始化问题和如何给出时钟信号，在此基础上，使用ModelSim进行仿真。
本章给出了教学版OpenMIPS的系统蓝图，首先介绍了系统的设计目标，其中详细说明了OpenMIPS处理器计划实现的5级流水线。
本章我们将实现OpenMIPS处理器的第一条指令ori，为什么选择这条指令作为我们实现的第一条指令呢？
本节将验证我们的OpenMIPS是否实现正确，包含：流水线是否正确、ori指令是否实现正确。
本节将说明如何安装使用GNU开发工具链以及如何制作Makefile文件，从而以更加方便、快捷、自动的方式对测试程序进行编译。
本章通过实现指令ori，搭建了一个原始的五级流水线结构，这也是OpenMIPS的核心。
本章首先讨论了流水线数据相关问题，然后修改OpenMIPS以解决该问题，并在5.3节验证了解决效果。
OpenMIPS处理器采用数据前推的方法来解决流水线数据相关问题。
MIPS32指令集架构中定义的逻辑操作指令有8条：and、andi、or、ori、xor、xori、nor、lui，其中ori指令已经实现了，本章要实现其余7条指令。
本章分析了流水线中存在的数据相关问题，然后使用数据前推的方法解决了数据相关问题。
本章将实现移动操作指令，首先在6.1节介绍了MIPS32指令集架构中定义的移动操作指令的格式、作用。
本节给出移动操作指令实现思路，介绍了修改后的数据流图、新出现的数据相关问题及其解决措施，并给出了修改后的OpenMIPS系统结构图。
本节列出了详细的修改过程。
本节将通过一个测试程序验证为OpenMIPS处理器添加的移动操作指令是否实现正确。
本章将实现MIPS32指令集架构定义的所有算术操作指令，共有21条
虽然简单算术操作指令的数目比较多，有15条，但实现方式都是相似的。
上一篇中已经介绍了对译码阶段ID模块的修改过程，本文继续介绍执行阶段EX模块的修改过程。
本章将为OpenMIPS处理器添加转移指令，转移指令包括跳转、分支两种，区别在于前者是绝对转移，后者是相对转移，但实现方法是相似的。
本章将实现MIPS32指令集架构中定义的加载存储指令，分两步：首先实现除ll、sc指令外的一般加载存储指令，其次实现比较特殊的加载存储指令ll、sc。
本节继续对MIPS32中加载存储指令进行说明（主要是lwl、lwr），上次已经介绍一些其他的加载存储指令，大家可以回顾。
本节继续对MIPS32中加载存储指令进行说明（主要是swl、swr），上次已经介绍一些其他的加载存储指令，大家可以回顾。
本节介绍除ll、sc之外的加载存储指令的实现思路。
前几篇实现了加载存储指令，今天将修改最小SOPC，用以测试加载存储指令是否实现正确。
本节将介绍链接加载指令LL、条件存储指令SC，在后续将实现这两条指令。
这2条指令都涉及到访问链接状态位LLbit，可以将LLbit当做寄存器处理，ll指令需要写该寄存器，sc指令需要读该寄存器，同时，与对通用寄存器的访问一样，对LLbit寄存器的写操作也放在回写阶段进行。
