ЛР7. Небольшие дополнения

Author: HepoH3

Labs/07. Datapath/README.md

@@ -1,6 +1,6 @@
 # Лабораторная работа 6 "Тракт данных"
 
-Микроархитектуру можно разделить на две части: тракт данных и устройство управления. По тракту данных перемещаются данные (из памяти инструкций, регистрового файла, АЛУ, памяти данных, мультиплексоров), а устройство управления (основной дешифратор команд) получает текущую инструкцию из тракта и в ответ говорит ему как именно выполнить эту инструкцию, то есть управляет тем, как эти данные будут через тракт данных проходить.
+Микроархитектуру можно разделить на две части: тракт данных и устройство управления. По тракту данных перемещаются данные (из памяти инструкций, регистрового файла, АЛУ, памяти данных, мультиплексоров), а устройство управления (в нашем случае — декодер инструкций) получает текущую инструкцию из тракта и в ответ говорит ему как именно её выполнить, то есть управляет тем, как эти данные будут через проходить тракт данных.
 
 ## Цель
 
@@ -44,17 +44,32 @@ endmodule
 
 _Рисунок 1. Микроархитектура ядра процессора RISC-V._
 
-В отличие от реализованного ранее процессора с архитектурой CYBERcobra, в данном модуле отсутствует память (она подключается извне, а значит у этого модуля должны быть сигналы интерфейса памяти).
+Предложенная микроархитектура похожа на микроархитектуру процессора `CYBERcobra 3000 Pro 2.0` из прошлой лабораторной, имеет схожую структуру, с некоторыми изменениями.
+
+В первую очередь изменились входы и выходы процессора:
+
+- память инструкций вынесена наружу процессора, таким образом, у процессора появляются входы и выходы: `instr_addr_o` и `instr_i`;
+- помимо прочего, у модуля появились сигналы интерфейса памяти данных:
+  - `mem_addr_o` — адрес внешней памяти;
+  - `mem_req_o` — запрос на обращение во внешнюю память;
+  - `mem_size_o` — размер данных при обращении в память;
+  - `mem_we_o` — сигнал разрешения записи во внешнюю память;
+  - `mem_wd_o` — данные для записи во внешнюю память;
+  - `mem_rd_i` — считанные из внешней памяти данные;
+  Эти сигналы используются при выполнении инструкций загрузки (сохранения) информации из (в) памяти данных.
+- еще у процессора появился вход `stall_i`, приостанавливающий обновление программного счётчика.
 
 Кроме того, в данной микроархитектуре используется пять различных видов констант (соответствующих определенным типам инструкций).
 
-Константы `I`,`U`,`S` используются для вычисления адресов и значений. Поэтому все эти константы должны быть подключены к АЛУ. А значит теперь, для выбора значения для операндов требуются мультиплексоры, определяющие что именно будет подаваться на АЛУ.
+Константы `I`, `U`, `S` используются для вычисления адресов и значений. Поэтому все эти константы должны быть подключены к АЛУ. А значит теперь, для выбора значения для операндов требуются мультиплексоры, определяющие что именно будет подаваться на АЛУ.
 
 Обратите внимание на константу `imm_U`. В отличие от всех остальных констант, она не знакорасширяется, вместо этого к ней приклеивается справа 12 нулевых бит.
 
+Константы `B` и `J` используются для условного и безусловного перехода (в киберкобре для этого использовалась одна константа `offset`).
+
 Программный счетчик (`PC`) теперь также изменяется более сложным образом. Поскольку появился еще один вид безусловного перехода (`jalr`), программный счетчик может не просто увеличиться на значение константы из инструкции, но и получить совершенно новое значение в виде суммы константы и значения из регистрового файла (см. на самый левый мультиплексор схемы). Обратите внимание, что младший бит этой суммы должен быть обнулен — таково требование спецификации.
 
-Поскольку обращение во внешнюю память требует времени, необходимо останавливать программный счетчик, чтобы до конца обращения в память не начались исполняться последующие инструкции. Для этого у программного счетчика появился управляющий сигнал `stall_i`. Программный счетчик может меняться только когда этот сигнал равен нулю (иными словами, инверсия этого сигнала является сигналом `enable` для регистра `PC`).
+Поскольку обращение во внешнюю память требует времени, необходимо приостанавливать программный счетчик, чтобы до конца обращения в память не начались исполняться последующие инструкции. Для этого у программного счетчика появился управляющий сигнал `stall_i`. Программный счетчик может меняться только когда этот сигнал равен нулю (иными словами, инверсия этого сигнала является сигналом `enable` для регистра `PC`).
 
 ### riscv_unit
 
@@ -136,6 +151,8 @@ _Рисунок 2. Микроархитектура процессора._
 68:  jalr  x18, 0x4(x15)
 ```
 
+_Листинг 1. Пример программы на ассемблере._
+
 Теперь в соответствии с кодировкой инструкций переведем программу в машинные коды:
 
 ```text
@@ -168,6 +185,8 @@ _Рисунок 2. Микроархитектура процессора._
 68:  000000000100  01111 000 10010 1100111 (0x00478967)
 ```
 
+_Листинг 2. Программа из Листинга 1, представленная в машинных кодах._
+
 Данная программа, представленная в шестнадцатеричном формате находится в файле [program.mem](program.mem).
 
 ## Порядок выполнения задания
@@ -187,7 +206,8 @@ _Рисунок 2. Микроархитектура процессора._
    3. Для запуска симуляции воспользуйтесь [`этой инструкцией`](../../Vivado%20Basics/Run%20Simulation.md).
    4. Перед запуском симуляции убедитесь, что выбран правильный модуль верхнего уровня.
    5. **Во время симуляции убедитесь, что в логе есть сообщение о завершении теста!**
-   6. Вполне возможно, что после первого запуска вы столкнетесь с сообщениями о множестве ошибок. Вам необходимо [исследовать](../../Vivado%20Basics/Debug%20manual.md) эти ошибки на временной диаграмме и исправить их в вашем модуле.
+   6. Как и в случае с проверкой процессора архитектуры CYBERcobra, вам не будет сказано пройден тест или нет. Вы должны сами, такт за тактом проверить что процессор правильно выполняет описанные в _Листинге 1_ инструкции. Для этого, необходимо сперва самостоятельно рассчитать что именно должна сделать данная инструкция, а потом проверить что процессор сделал именно это.
+   7. Вполне возможно, что после первого запуска вы столкнетесь с сообщениями о множестве ошибок. Вам необходимо [исследовать](../../Vivado%20Basics/Debug%20manual.md) эти ошибки на временной диаграмме и исправить их в вашем модуле.
 4. Проверьте работоспособность вашей цифровой схемы в ПЛИС. Для этого:
    1. Добавьте файлы из папки [`board files`](https://github.com/MPSU/APS/tree/master/Labs/07.%20Datapath/board%20files) в проект.
       1. Файл [nexys_riscv_unit.sv](https://github.com/MPSU/APS/tree/master/Labs/07.%20Datapath/board%20files/nexys_riscv_unit.sv) необходимо добавить в `Design Sources` проекта.