BUAA计组p4_Verilog_复习tips

p4

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• 顶层
  • mips.v
    • control
      • ctrl.v
      • mux.v
    • datapath
      • npc.v
      • pc.v
      • im.v
      • grf.v
      • ext.v
      • alu.v
      • dm.v
  • code.txt

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p4流程

1. 整体架构
   • mips.v在最顶层，其下划分为数据通路与控制模块，控制模块中产生控制信号，数据通路中各模块为各功能部件。
2. 由底向上构建模块
   • 构建各功能部件及控制部件，以及所有MUX归至一个.v各占一个module
3. 模块实例化
   • 通过模块实例化，在mips顶层模块中建立起各元件之间的联系
4. 联系各模块

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模块构建相关

1. IM与DM的实现
   • reg型变量
     • reg型数据的默认初始值为不定值x
     • 在always模块内被赋值的每一个信号都必须定义为reg型
     • reg[n:1] 数据名， [n:1]指数据位宽
   • memory型变量
     • Verilog HDL通过对reg型变量建立数组来对存储器（RAM,ROM,reg文件）建模。
     • 数组中每一个单元通过一个数组索引进行寻址
     • memory型数据是通过扩展reg型数据的地址范围来生成的，如

       reg [n-1] 存储器名 [m-1:0];
       
       reg [7:0] mema[255:0];  //定义了名为mema的存储器，该存储器有256个8位的存储器，该存储器的地址范围为0到255
       

     • reg [n-1:0]定义了存储器中每一个存储单元的大小，即为32位的寄存器；[m-1:0]定义了有多少个这样的寄存器

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debug有感

• im, npc, pc, grf, alu, dm, ext, ctrl

Part 1

1. `define 末尾没有分号！！！

宏定义如果在行末加了分号，会连分号一起进行置换
宏定义是用宏名简单的置换一个字符串，不做语法检查，仅在编译已被宏展开后的源程序时才报错。

`define sw_o 6'b101011
`define beq_o 6'b000100
`define lui_o 6'b001111

2. GRF 对于0号寄存器的写入需要忽略，输出与否不影响评测

else if(WE==1 && A3!=0) begin
  	reg_files[A3] <= WD;
  end

3. 位拼接运算符必须要指定进制

ext_out <= {{16{1'b0}}, ext_in[15:0]} ; //必须标明1'b0

4. pc模块需要初始化。32'h3000才是初始化PC为0x3000的正确写法。32为位数，针对bits。32'h即表意8个十六进制数，如果写成8'h3000会初始化为0。

5. 仔细检查各指令的OpCode以及Funct码是否写对

Part 2

1. 初始化
   • 由于未对pc.v进行初始化导致不定值的出现
   • 对于模块初始化部分、reset部分在一开始构思写码的时候就要重视。
   • 在debug出现不定值x时首先考虑此因导致的问题。
2. 特殊情况的考虑
   • 由于未对写入$0寄存器进行判断导致指令地址正确但是输出值非零
   • 仔细看模块构建的要求，对于特殊情况一开始的时候就写在注释或文档里以防忘记
3. 基础不变量的输入
   • 由于敲错jal指令的OpCode导致jal指令无效，且后续指令输出全乱
   • 最基础的不变量一定要再三确认
   • 在debug时先看基础常量，如OpCode、Funct、偏移常量、符号/0拓展等是否敲对，再看Controller模块的每一项输出是否正确

Part 3

1. 由由底层到顶层debug

   • 对于由多个模块组成的顶层模块，需要先对子模块逐个建立testbench逐个debug，之后再对顶层模块的testbench进行调试。
   • 由底向上的模块建立需要有序的逐层debug，逐个模块调试，确认各个部件无误后再对顶层模块进行调试。

2. 单步运行分段debug

   • 在调试子模块出现问题时，务必通过单步运行debug，绝对不要目测debug浪费时间和生命。。。
   • 目测看不出问题的，务必熟练调试的各项操作！！！

3. 针对错误输出找问题

   • 仿真出现高阻值z代表并未连接到有效输入上，首先应考虑连线问题，仿真出现不定值x的情况时首先考虑初始化问题。

   • 单个模块调试时，npc直接指定了固定值，因此没有查出bug

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课上测试

1. 指令回顾
   1.1 BSZEAL: GPR[Rs]和GPR[Rt]中储存的数字后缀0个数相同时，跳转

• 实现：ALU中添加的输出Equal赋值为1输入至Controller，和baszeal_i于Controller中共同决定NPC的取值。

assign Equal = alu_Result == 0 ? 1 : 0;  
//现在发现完全不用加一位，直接改alu_Control用beq的Zero输出完全一致。

always @(*) begin
  case(alu_Control)
  // others
  `suffix : begin
      for(i=0;alu_A[i]==0;i=i+1) begin
      end
      for(j=0;alu_B[j]==0;j=j+1) begin
      end
      alu_Result <= i - j;
  end

  endcase
end

always @(*) begin
  NPC[1] <= others1_i ;Equal&bszeal_i;
  NPC[0] <= others0_i
end

1.2 xor: 异或运算，不赘述。

1.3 lha: 当对应地址对应的半字数据为4的倍数时将该半字符号扩展并写入指定寄存器，否则将0写入指定的寄存器。

• 实现：对半字操作时于Controller中设置DM_mode为2'b10，DM内对该情况按Addr[1:0]分2'b10和2'b00加至三目运算内输出

assign dout = (DM_mode == 2'b00) ? DM_WD : 
              (DM_mode == 2'b01 ) ? DM_WD_lb :    // 预加指令中DM_mode == 2'b01为对8bits操作
              (DM_mode == 2'b10 && dm_reg[address][1:0]==2'b00) ? DM_WD_lha_low16 :  //具体输出使用位拼接操作
              (DM_mode == 2'b10 && dm_reg[address][17:16]==2'b00) ? DM_WD_lha_high16 : 32'b0;

2. 课下建议： 计算类、访存类、跳转类指令最好都添加练习一下。
   尤其是访存类添加过指定位读入读出操作的控制信号DM_mode的话，会更熟练且课上改动很方便。