自己动手写CPU之第九阶段（5）——实现加载存储指令2（修改执行阶段）

将陆续上传新书《自己动手写CPU》，今天是第42篇，我尽量每周四篇，但是最近已经很久没有实现这个目标了，一直都有事，不好意思哈。

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9.3.2 修改执行阶段

1、修改EX模块

在执行阶段的EX模块会计算加载存储的目的地址，参考图9-19可知，EX模块会增加部分接口，如表9-3所示。

修改执行阶段的EX模块如下。完整代码位于本书附带光盘Code\Chapter9_1目录下的ex.v文件。

module ex(

  ......

  //新增输入接口inst_i，其值就是当前处于执行阶段的指令
  input wire[`RegBus]           inst_i,

  ......

  //下面新增的几个输出接口是为加载、存储指令准备的
  output wire[`AluOpBus]        aluop_o,
  output wire[`RegBus]          mem_addr_o,
  output wire[`RegBus]          reg2_o,

  ......
);

  ......

  //aluop_o会传递到访存阶段，届时将利用其确定加载、存储类型
  assign aluop_o = aluop_i;

  //mem_addr_o会传递到访存阶段，是加载、存储指令对应的存储器地址，此处的reg1_i
  //就是加载、存储指令中地址为base的通用寄存器的值，inst_i[15:0]就是指令中的
  //offset。通过mem_addr_o的计算，读者也可以明白为何要在译码阶段ID模块新增输
  //出接口inst_o
  assign mem_addr_o = reg1_i + {{16{inst_i[15]}},inst_i[15:0]};

  //reg2_i是存储指令要存储的数据，或者lwl、lwr指令要加载到的目的寄存器的原始值，
  //将该值通过reg2_o接口传递到访存阶段
  assign reg2_o = reg2_i;

  ......

2、修改EX/MEM模块

参考图9-19可知，EX/MEM模块会增加部分接口，用于将EX模块新增的输出传递到访存阶段，增加的接口描述如表9-4所示。

修改执行阶段的EX/MEM模块如下，只是一个简单的传递操作，当流水线的执行阶段没有被暂停时，将来自执行阶段EX模块的输出传递到访存阶段。完整代码请参考本书附带光盘Code\Chapter9_1目录下的ex_mem.v文件。

module ex_mem(

   ...... 	

   //为实现加载、存储指令而添加的输入接口
   input wire[`AluOpBus]        ex_aluop,
   input wire[`RegBus]          ex_mem_addr,
   input wire[`RegBus]          ex_reg2,

   ......

   //为实现加载、存储指令而添加的输出接口
   output reg[`AluOpBus]        mem_aluop,
   output reg[`RegBus]          mem_mem_addr,
   output reg[`RegBus]          mem_reg2,

   ......
);

   always @ (posedge clk) begin
     if(rst == `RstEnable) begin
        ......
        mem_aluop    <= `EXE_NOP_OP;
        mem_mem_addr <= `ZeroWord;
        mem_reg2     <= `ZeroWord;
     end else if(stall[3] == `Stop && stall[4] == `NoStop) begin
        ......
        mem_aluop    <= `EXE_NOP_OP;
        mem_mem_addr <= `ZeroWord;
        mem_reg2     <= `ZeroWord;
     end else if(stall[3] == `NoStop) begin
        ......
        mem_aluop    <= ex_aluop;
        mem_mem_addr <= ex_mem_addr;
        mem_reg2     <= ex_reg2;
     end else begin
        ......
     end
  end

endmodule

接下来将修改访存阶段。