CO_P4

P4总结

P4课下总结

有关我P4的cpu的设计文档(内含数据生成器)见P4 Design documents,课程源码见Charles_BUAA_CO_2022/p4/cpu ,本总结仅总结有关P4课下的一些要点内容。

基本思路

对于P4的课下，基本思路是翻译P3的logisim电路，这样不仅可以使自己的Verilog的CPU可读性增强，也有利于后续课上的理解。

本人P4挂过一次，错在了一个小点上（算数位移为>>>而不是>>），结果两道题同时考了这个点，于是我也因此送上首祭。所以我觉得在P4课下时多多注意Verilog的基础知识和易错点。（这个之前总结过，可以见CO-Verilog。）

除此之外要学会看懂RTL，特别是字节运算那几个指令sb，lb等，那几个是RTL的最高难度理解了（除了异常那几个不考的以外）

对于课上而言，P4特别喜欢考循环和位运算两大考点，而sb作为字节操作的经典，非常适合被用于考for循环遍历全字节，使用建议在课下代码的基础上增加一下DM的字节操作如lb，sb，lh，sh等，要不然上机发现自己要添加一个这样的指令还是非常爆炸心态的。

代码风格提示

清晰明了的代码风格可以很有效的提高debug的效率，所以建议要有一个好的代码风格。

1. 使用单目运算符时要在：后换行，这样防止代码过长而不清晰，也可以在：后写注释以提高代码的可读性。
2. 对于各个begin end一定要对齐处理，即最好在每次代码完成后对其进行格式化（推荐vscode的Verilog Format）
3. 在设计板块是不要全部都用数字表示各种使能信号，这样不利于代码的拓展性，可读性也不好，可以设计一个macro.v的文件存储常量宏，并用这些常量宏去代替文中的那些数字。

P4课上总结

对于Verilog的CPU上机，大体和logisim题型难度类似，多为一道计算+一道跳转+一道访存，三题过两题即可通过测试。

在写题顺序方面，笔者建议先大略的扫一遍三道题（这个时间可以顺便下载课程组的Mars和各种jar的包），确定每道题目的类型即可。

增添指令的一般步骤

明确指令RTL

• 该步骤需要结合题目弄懂指令行为，包括明确指令类型（R型？I型？J型？即明确读和写的目标）、opcode和funct域数据、执行功能（计算？跳转？访存？）
• 最好可以先用MARS模拟下，以免对指令行为理解不到位。

明确数据通路

• 思考新指令的行为，构思出该新指令的数据通路，然后修改控制器中的相关控制信号。

计算题

计算题一般情况一定要先做，可以很好的稳定心态，因为比较简单！！！

在P4的上机测试中，计算题大多为类似签到题难度，除非遇到了自己本身的一些知识点盲点以外，都是非常好过的。p4中一般只需要增加ALU的功能，但一定要看清楚新指令的计算行为，最好在Mars中模拟一下~~（重要的事情说三遍）~~

由于之前说过P4特别喜欢考for循环（大多是一个32位循环遍历字节的操作），这就导致了assign完全不能适应这种操作，所以如果读者是使用assign语句实现的ALU，建议改成使用always@(*)语句，或者提前写好function语句块再用function调用assign。

跳转题

一般跳转类指令有以下几种要求——

1. 条件跳转+无条件链接（beq变式）
2. 条件跳转+条件链接
3. 无条件跳转+条件链接（jal变式）

正常情况是不会出无条件跳转+无条件链接的，这种太简单了（就是j呗）

跳转题和存储题在P4条件下难度是差不多的（p5开始存储题会比跳转题难很多很多），大家如果看到题目是第1种或第3种类型，那就放心大胆的做就行。

存储题

条件存储，也就是从DM取出值之后，根据这个值是否满足某个condition，再判断要往哪个寄存器写。

总结下来有以下三种类型——

1. condition成立： 将DM中的值写入A号寄存器
   condition不成立： 写入B号寄存器
2. condition成立： 将DM中的值写入A号寄存器
   condition不成立： 不写入（小tips：不写入可以理解为写入0号寄存器）
3. 写入目标完全取决于DM的读取值（如将DM读取值的低5位作为写入目标）【相对较少也较难】

与跳转题一眼，正常情况下是不会出非条件存储的。

条件存储题的主战场在于巧妙的控制controller的使能信号，从而选择合适的值写入即可。

代码风格提示

不同于课下的代码风格提示，课上准备前需要做一些小计俩，来迅速提高课上写代码的效率，课上时间就是金钱啊！

1. 对于Controller中的内容，建议对每个拓展命令多增加一个为0的最高位，这样如果在上机时遇到需要第四种（以两位举例最大值为3为例子）操作时，你就会遇到在上机时需要对各个部分全部拓展一位为000的情况，这实际上是非常麻烦的，所以建议在上机前避免这种问题。
2. 同理，在题目中经常使用的模块如ALU，DM也可以提前写好相应的代码段，在上机后直接添加功能即可。

记得要多拿往年题练练手！！推荐下吴佬的计组圣经：P4 单周期 CPU - 2 ,内含往年题。