在32位CPU中Load Aligner模塊數據通道的設計與實(shí)現

　　設計目標

　　本設計中，Load Aligner模塊要實(shí)現的指令有LB、LBU、LH、LHU、LW、LWL、LWR。CPU通過(guò)這些指令把從數據存儲器中取出來(lái)的數據重新排序，然后放進(jìn)寄存器堆RF中，進(jìn)入CPU的數據通道。表1是對這些指令的介紹。

　　如果把從DCACHE中取出的一個(gè)32位的字表示成4字節：A、B、C、D，如表2所示。

　　31-24/ 23-16/ 15-18/ 7-0

　　A / B / C / D

　　那么經(jīng)過(guò)上述指令操作后，這個(gè)字被重新排列的結果(即Load Aligner模塊的輸出,也用4字節來(lái)表示)見(jiàn)表3。

　　表3中，s表示符號擴展，*表示這個(gè)字節上的寄存器中的數保持不變。不過(guò)在Load Aligner模塊，先將這些字節置0，在寄存器堆模塊再控制這些字節是否直接寫(xiě)進(jìn)寄存器。

　　以上是Load Aligner模塊要實(shí)現的指令目標，另外由于此模塊是CPU關(guān)鍵路徑的一部分，因此數據通道部分最長(cháng)時(shí)延不能超過(guò)0.7ns。

　　邏輯設計

　　分析比較經(jīng)過(guò)上述指令后Load Aligner模塊的輸入輸出變化可以看出：輸入字的每一字節經(jīng)過(guò)Load Aligner模塊后可以在輸出字的任意字節位置上。換言之，輸出字的每一字節都可以有A、B、C、D四種情況。所以需要一個(gè)8位的控制信號Bit7:0>來(lái)控制四個(gè)四選一的數據選擇器，稱(chēng)為字節組合模塊，來(lái)獲得所需要的字節組合。不過(guò)，經(jīng)過(guò)這個(gè)字節組合模塊選出來(lái)的4字節并不全是所需要的，還需要去掉冗余的字節或者進(jìn)行符號擴展。因此需要有能夠產(chǎn)生符號擴展或者0擴展的模塊稱(chēng)為符號產(chǎn)生模塊，然后把它的輸出和一個(gè)4位的控制信號Mask3:0>一起控制一組二選一數據選擇器，稱(chēng)為輸出模塊，來(lái)獲得最后的排序結果。邏輯實(shí)現流程圖見(jiàn)圖1。