自己动手写CPU之第六阶段（1）——移动操作指令说明

将陆续上传本人写的新书《自己动手写CPU》（尚未出版），今天是第20篇，我尽量每周四篇

      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，接着在6.2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。在6.3节列出了详细的修改过程。本章最后通过一个测试程序验证移动操作指令是否实现正确。

6.1 移动操作指令说明

      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条指令涉及到了对特殊寄存器HI、LO的读写操作，截止到本章，我们的OpenMIPS处理器只实现了32个通用寄存器、以及PC，所有的指令也只是对32个通用寄存器进行操作，还没有涉及特殊寄存器，本章将实现HI、LO这两个特殊寄存器。

      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，HI寄存器保存余数，LO寄存器保存商。在后续“算术操作指令的实现”一章中，会进一步说明。

      这6条移动操作指令的格式如图6-1所示。

      从图6-1可知，这6条指令都是R类型指令，并且指令码都是6'b000000，即均为SPECIAL类指令，同时，指令第6-10bit都为0，可以依据指令中0-5bit功能码的值判断是哪一种指令。各指令的用法及作用说明如下。

•  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。

• 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。

• 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HI的值赋给地址为rd的通用寄存器。

•  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。

• 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。

•  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。