实现PUSH,POP,CALL,RET

Author: Qiaofanxing

REGFILE.v

@@ -3,20 +3,23 @@ module REGFILE(
 	input wire [2:0] srcB,
 	output wire [7:0] A,
 	output wire [7:0] B,
-	input wire [2:0] dstM,
-	input wire [2:0] dstE,
+	input wire [2:0] dstM,   //M端口要写到哪个寄存器的地址
+	input wire [2:0] dstE,   //E端口要写到哪个寄存器的地址
 	input wire [7:0] M,			
 	input wire [7:0] E,
 	input wire clk	
 );
 
 	reg [7:0] rf [0:7];
-	assign A = (srcA==3'b000)? 8'h00 : rf[srcA];  //如果srcA是0必须返回一个零值	
+
+//读电路：
+	assign A = (srcA==3'b000)? 8'h00 : rf[srcA];  //如果srcA是0必须返回一个零值(寄存器的地址是R0的地址，取出一个0值)
 	assign B = (srcB==3'o0)? 8'h00 : rf[srcB]; //同上
 
+//写操作：
 	always @(posedge clk) 
     begin
-		if(dstM!=3'o0) 
+		if(dstM!=3'o0) //寄存器地址不能为0(不能往R0里面写)
             rf[dstM] <= M;					
 		if(dstE!=3'o0 && dstE!=dstM)  //如果两个地址是同一个地址，需要有一个优先级(POP指令会涉及)，令M端口优先(栈顶的值存入EXP中)
             rf[dstE] <= E;		

TINYCPU.v

@@ -1,7 +1,7 @@
 `include "tinyCPU.h"
 
 `define ins rom_data[23:20]   	// -> icode (ROM中高四位)
-`define fun rom_data[19:16]		// -> ifun (ROM中低四位)，功能码
+`define fun rom_data[19:16]		// -> ifun (ROM中低四位)，功能码，不需要的地方功能码为0
 `define rA  rom_data[14:12]		//只用3位来表示Ra（一共8个寄存器，3位寻址）
 `define rB  rom_data[10:8]    //只用3位
 `define rC 	rom_data[6:4]		//第三个字节高四位的低三位用来表示rC
@@ -21,40 +21,67 @@ module TINYCPU(
 	input wire clk,rst_
 );
 
-	wire [7:0] valA,valB,valC,valP,valE,valM,aluB,new_pc;
+	wire [7:0] valA,valB,valC,valP,valE,valM,aluA,aluB,new_pc;
 	wire [1:0] cc;
 	wire [2:0] dstE, dstM;
-	
+	wire [2:0] val_rA, val_rB;
+//取指阶段	
 	PC pc( .new_pc(new_pc),.pc(rom_addr),.clk(clk),.rst_(rst_)); //实例化一个PC寄存器
-	
-	assign valC = (`ins==`JXX && `fun==`JMP) ? rom_data[15:8] : rom_data[7:0];  //如果取出来了一个无条件转移指令，输出第二个字节，否则其他的是第三个字节
-	
+
+	//valC在其他指令中是第三个字节，在JMP中是第二个字节:
+	assign valC = ((`ins==`JXX && `fun==`JMP)||`ins==`CALL)? rom_data[15:8]: rom_data[7:0];  //如果取出来了一个无条件转移指令，输出第二个字节，否则其他的是第三个字节
+	//指令大部分为3字节指令,HLT和NOP是单字节，JMP是2字节。HLT为停机指令，不再增加。
 	assign valP = rom_addr + ((`ins==`HLT )? 0:
-						 (`ins==`NOP )? 1: 
-						 (`ins==`JXX && `fun==`JMP) ? 2:3);  //下一条指令的地址
+						 (`ins==`NOP||`ins==`RET)? 1: 
+						 ((`ins==`JXX && `fun==`JMP)||`ins==`CALL)? 2: 3);  //下一条指令的地址
+//译码阶段(从REGFILE中读操作数rA,rB，读出来的值传到valA和valB中)
+	assign val_rA = (`ins==`POP)? `rB:
+					(`ins==`RET)? 3'o7: `rA;
+	assign val_rB = (`ins==`CALL||`ins==`RET)? 3'o7: `rB;
 
-	REGFILE regfile(.srcA(`rA),.srcB(`rB),.A(valA),.B(valB),.dstM(dstM),.dstE(dstE),.M(valM),.E(valE),.clk(clk)	);  //实例化译码器，虽然全部读出来了但是不一定全都用，这样可以简化电路
-	
-	assign aluB= (`ins==`LD||`ins==`ST||`ins==`OPI)?valC:valB;			//状态信号
-	
-	ALU alu(.A(valA),.B(aluB),.op(`fun),.E(valE),.cc(cc));   //实例化一个运算器
-	//访存阶段:
-	assign ram_addr=valE; //地址就是运算器输出的结果
-	assign ram_wdat=valB;  
-	assign valM=ram_rdat;  //从RAM读出来的值写到valM端口
-	assign ram_rd_ = (`ins==`LD) ? 1'b0 : 1'b1;				//LD命令，rd_信号有效
-	assign ram_wr_ = (`ins==`ST) ? 1'b0 : 1'b1;	 
-	//写回阶段:
-	assign dstM = (`ins==`LD) ? `rB : 3'o0; //代替写使能信号，不是LD的话全写0，表示不写入寄存器
-	assign dstE = (`ins==`OPR) ? `rC :
-				  (`ins==`OPI) ? `rB : 3'o0;
+	//当`ins==`CALL时，regfile读出寄存器Ra的值赋值给valA,读出寄存器7的值赋值给valB
+	//当`ins==`RET时，regfile读出寄存器7的值赋值给valA和valB
+	//当`ins==`PUSH时，regfile读出寄存器Ra(操作数，存放进栈数据)的值赋值给valA,读出Rb(当前的栈顶指针)的值赋值给valB
+	//当`ins==`POP时，regfile读出寄存器Rb(当前的栈顶指针)的值赋值给valA和valB
+
+	REGFILE regfile(.srcA(val_rA),.srcB(val_rB),.A(valA),.B(valB),.dstM(dstM),.dstE(dstE),.M(valM),.E(valE),.clk(clk)	);  
+	//实例化译码器，虽然全部读出来了但是不一定都用(比如JMP就不用rB；比如LD中虽然有rA,rB，但是rB不是源操作数，应该是读出来的值应该写入的内存地址，即destM)，这样可以简化电路
+	//源操作数：用rA来选择A寄存器，rB来选择B寄存器
+	//输出：A端口输出的信号为valA，B端口输出的信号为valB
+
+//执行阶段
+	assign aluA = (`ins==`PUSH||`ins==`POP||`ins==`CALL||`ins==`RET)? valB:valA;
+	//如果是堆栈操作相关，传递进去栈顶指针
+	assign aluB = (`ins==`LD||`ins==`ST||`ins==`OPI)? valC: 
+				  (`ins==`PUSH||`ins==`POP||`ins==`CALL||`ins==`RET)? 8'b00000001: valB;	//第二个操作数为常数(不为valB)的情况传入valC
+	//如果为堆栈指令，执行栈顶指针加减1操作，如果是进栈fun为1，执行减一，否则加一
+	ALU alu(.A(aluA),.B(aluB),.op(`fun),.E(valE),.cc(cc));   //实例化一个运算器
+	//错误的代码(比如转移指令)也会使用ALU并计算出一个错误的结果，但是不会使用到，只有运算指令才会使用到ALU的结果
+//访存阶段(读写RAM):
+	//只有LD和ST指令需要访存
+	assign ram_addr=(`ins==`POP||`ins==`RET)? valA: valE; //地址就是运算器输出的结果	
+	assign valM=ram_rdat ;  //从RAM读出来的值写到valM端口
+	assign ram_rd_ = (`ins==`LD||`ins==`POP||`ins==`RET)? 1'b0: 1'b1;			//读控信号，LD命令，rd_信号有效
+	assign ram_wr_ = (`ins==`ST||`ins==`PUSH||`ins==`CALL)? 1'b0: 1'b1;				//写控信号，ST命令，wr_信号有效 
+//写回阶段:
+	assign ram_wdat= (`ins==`PUSH)? valA:
+					 (`ins==`CALL)? valP: valB;  //如果是写指令(ST)
+	assign dstM = (`ins==`LD) ? `rB : 
+				  (`ins==`POP)? `rA : 3'o0; //代替写使能信号，不是LD的话全写0，表示不写入寄存器
+	assign dstE = (`ins==`OPR)? `rC :
+				  (`ins==`OPI) ? `rB :
+				  (`ins==`PUSH||`ins==`POP)? `rB:
+				  (`ins==`CALL||`ins==`RET)? 3'b111: 3'o0;
 				  //其他指令不应该修改寄存器内容		  
+//更新PC阶段：
 	assign new_pc= (
+					(`ins==`CALL)||
 					(`ins == `JXX && `fun == `JMP)||
 					(`ins == `JXX && `fun == `BEQ &&  cc[1:1])||
 					(`ins == `JXX && `fun == `BNE && ~cc[1:1])||
 					(`ins == `JXX && `fun == `BLT && ~cc[1:1] && ~cc[0:0])||
-					(`ins == `JXX && `fun == `BGT && ~cc[1:1] &&  cc[0:0]))? valC :valP;
+					(`ins == `JXX && `fun == `BGT && ~cc[1:1] &&  cc[0:0]))? valC :
+					(`ins==`RET)? valM:valP;
 					//如果成功转移则为valC,不转移则为下一条指令valP
 
 endmodule