1. 研究目的与意义
背景：mips 即无内锁流水线微处理器（microprocessor without interlocked pipeline），是上世纪 80 年代诞生的 risc cpu 的重要代表，其设计者 john hennessy 时任斯坦福大学的教授，john hennessy 和他的学生探寻了 risc 体系结构概念，该概念基于以下理论：使用相对简单的指令，结合优秀的编译器以及采用流水线执行指令的硬件，就可以用更少的晶元面积生产更快的处理器。这一概念是如此的成功，以至于 1984年就成立了 mips 计算机系统公司对 mips 体系结构进行商业化。在随后的十几年中，mips体系结构在很多方面得到发展，在工作站和服务器系统中应用的非常成功。mips 体系结构自身也从 mips i、mips ii、mips iii、mips iv、mips v、mips32 发展到 mips64。其中mips32/64 第一次包含了被称为协处理器 0 的“cpu 控制”功能，mips32 是 mips ii 的超集，而包含了 64 位指令的 mips64 是 mips iv 的超集，大多数在 1999 年以后设计的 mips cpu 都和这两个标准兼容，因此 openmips 也计划兼容 mips32 体系结构。openmips 开始于 2013 年 8 月，目的是开发一款 32 位、兼容 mips32 指令集的开源软核处理器，便于老师教学，以及学生体会理解计算机体系结构课程的相关知识，同时也可以用来做实际用途。
目的：通过实验研究分析openmips的结构，工作原理和过程，以及五级流水线的工作流程和对应的vhdl代码，理解交叉编译的过程，并对结果进行仿真测试，最后通过所学习的内容可以添加指令，实现新指令的译码执行等功能，并能够在无极流水线上正确的执行，解决数据相关等问题。
意义：通过研究分析和实际的操作，理解openmips的结构属性和工作原理，对其功能和构造以及仿真结果进行分析并添加新的指令，深入理解计算机体系结构以及cpu设计方法，为以后进一步对计算机系统结构的研究和计算机设计打下坚实的基础。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：本课题研究的处理器为 openmips，是一款具有哈佛结构（程序指令存储和数据存储分开的存储器结构）的 32 位标量处理器，兼容 mips32 体系结构，安装mips-4.3-81-mips-sde-elf-i686-pc-linux-gnu mips交叉编译工具，通过使用现有的 mips 编译环境，并且使用mips32架构下已有的gnu开发工具链(包括gcc、binutils、gdb等工具)。使用gcc 进行编译，从而以更加方便、快捷、自动的方式对测试程序进行编译，并得到指令存储器rom的初始化文件inst_rom.data。可以将gcc 安装在 ubuntu12.04 上。本研究课题主要使用 modelsimse-64 10.4进行仿真，之后在modelsim仿真软件下通过仿真测试，得到测试的结果。之后详细分析与流水线有关的模块及顶层模块，分析openmips的代码以及结构并对仿真图进行分析，最后自己添加一条新的指令。
预期目标：搭建ubuntu虚拟机和交叉编译环境分析，研究openmips的代码和结构，并通过仿真结果得到仿真图，对仿真图进行分析，得到分析结果。最后添加一条新的指令，并分析指令的执行过程以及内部解决的数据相关问题的方法。
3. 研究的方法与步骤
本课题采用实验与分析的研究方法。基本上采用了环境搭建，交叉编译，仿真测试和代码分析的研究途经。步骤如下：(1)查阅资料，了解MIPS的结构和原理(2)安装搭建环境，编译得到机器指令并进行仿真实验(3)分析体系结构，流水线相关，数据线相关处理过程(4)二次开发添加指令，并分析执行过程和数据相关等
4. 参考文献
[1] David D.Riley. JAVA程序设计——对象和软件工程方法[M]. 北京：机械工业出版社，2007.2, 第2版[2] 王一飞.J ava网络程序设计[M]. 北京：中国电力出版社, 2010.12.[3]刘慧婷等. 汇编语言程序设计（第2版）[M]. 北京：人民邮电出版社，2017.1.[4]白中英. 计算机组成原理[M]. 北京：科学出版社 2013.3，第五版 [5]张晨曦. 计算机系统机构[M]. 北京：清华大学出版社，2010.10. [6]（美）Peter J.Ashenden. VHDL设计指南[M]. 北京：机械工业出版社，2005.6，第2版 [7]MIPS Technologies Inc. MIPS32 Architecture For Programmers Volume II: The MIPS32 Instruction Set, 2002.8 [8]李玮超. 基于MIPS指令集的32位RISC处理器逻辑设计[DB/OL], 2009.4. [9]自制处理器OpenMIPS移植ucos-II过程,https://blog.csdn.net/leishangwen/article/details/17915127[10]开源处理器OpenMIPS模块连接关系图-CSDN，https://download.csdn.net/downloa d/leishangwen/7667697[11]深入浅出MIPS 三 MIPS的协处理器CP0,https://blog.csdn.net/xsckernel/article/details/8538335
5. 计划与进度安排
序号 起讫日期 工作内容1 2022.12.25—2022.3.9 课题调研、文献检索2 2022.3.5—2022.3.9 毕业设计开题报告3 2022.3.9—2022.5.10 设计及编程4 2022.5.10—2022.6.15 撰写提交毕业论文
