OPEN MIPS CPU测试环境搭建及代码分析研究—————运算存储模块的分析与测试开题报告

背景：MIPS体系结构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、MIPSIV、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。OpenMIPS将坚持就自由软件的理念，保持就开源的形式同时采用商业友好的LGPL授权。

OpenMIPS具有以下特点： （1）五级整数流水线，分别是：取指、译码、执行、访存、回写 （2）哈佛结构，分开的指令、数据接口 （3）32个32位整数寄存器 （4）大端模式 （5）向量化异常处理，支持精确异常处理 （6）8个外部中断 （7）32bit数据、地址总线宽度 （8）单周期乘法 （9）支持延迟转移 （10）兼容MIPS32体系结构，支持MIPS32指令集中的所有整数指令 （11）大多数指令可以在一个时钟周期内完成 （12）可综合

目的：通过实验研究分析OpenMIPS的结构,OPENMIPSCPU开源代码与运算存储有关的模块及顶层模块，工作原理和过程，以及寄存器和对应的VHDL代码，理解交叉编译的过程，将通用存储器，数据存储器，指令存储器正确的运行并对结果进行仿真测试，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。