实现整数运算指令
实验原理
前面ADDI指令的参考设计没有ALU模块，只能进行加法运算，为了实现更多的I型运算指令，需要添加ALU模块；参考设计只能是rs1加立即数，而R型运算指令和I型运算指令的区别在于第二个运算数的来源不同，I型指令是立即数，R型指令是寄存器，所以增加一个多路器进行选择，数据通路如图 1。
实验步骤
1. 增加ALU模块
将前面实验中自己设计的ALU模块添加到工程中。
（1）机器考核按表 1规定的ALUop进行测试。
ALUop |
功能描述 |
0001 |
加法 |
0010 |
减法 |
0011 |
按位逻辑与 |
0100 |
按位逻辑或 |
0101 |
按位逻辑异或 |
0110 |
算术右移 |
0111 |
逻辑左移 |
1000 |
逻辑右移 |
（2）移位运算的移位位数最多31位。
（3）ALUop的编码使用package中定义的枚举常量。
2. 设计控制逻辑
修改Controller模块，增加ImmToALU控制信号， 产生ALUop控制信号。
（1）I型和R型指令共用Funct译码逻辑。
虽然I型和R型指令的opcode不同，但Funct3、Funct7的编码基本相同。可以考虑这两类指令共用Funct译码逻辑，减少硬件资源占用。
注意少数指令的Funct3相同，由Funct7区分，如逻辑右移指令和算术右移指令，加法和减法指令。
（2）输出的ALUop编码使用package中定义的枚举常量。
在控制器模块和ALU模块中使用同一个package定义的枚举常量，有利于避免编码不一致产生错误。
（3）“不关心”的控制信号。
R型指令与立即数无关，理论上立即数类型以及生成的立即数对指令结果没有影响。由于实验平台根据控制信号绘制动态信息流显示，为避免显示错误的信息流，建议R型指令的ImmType为0，并且生成的立即数为0。
4. 增加调试支持代码
验证任务提供了设计好的虚拟面板，和ADDI指令的参考设计相比，增加ImmToALU、ALUop等观察信号和RD2等观察数据。需要做的是在代码中增加相应的调试支持，注意序号和位宽一定要和虚拟面板一致，例 1给出与虚拟面板对应的ws和wd结构体定义。
//送给调试器的观察信号，需要与虚拟面板的信号框相对应
struct packed{
logic [3:0] WS3; //ALUop
logic [4:0] WS2; //Imm_type
//以下观察信号用于电路测试，请勿修改！ (1)
logic WS1; //ImmToALU
logic WS0; //RegWrite
}ws;
//送给调试器的观察数据，需要与虚拟面板的数据框相对应
struct packed{
logic [31:0] WD9; //nextPC
logic [31:0] WD8; //regReadData2
logic [4:0] WD7; //ra2
logic [31:0] WD6; //immData
//以下观察数据用于电路测试，请勿修改！ (2)
logic [31:0] WD5; //regWriteData
logic [4:0] WD4; //wa
logic [31:0] WD3; //regReadData1
logic [4:0] WD2; //ra1
logic [31:0] WD1; //instruction
logic [31:0] WD0; //pc
}wd;
① ② 虽然电路测试需要的观察信号和观察数据较少，但更多的观察变量可帮助理解指令执行过程，有利于调试硬件；如果需要更多的观察变量，也可自行添加。多出的观察变量不会影响电路测试，提交电路测试时无需删除。
4. 在实验平台验证设计
根据ALU所实现的运算功能，执行相应的Ⅰ型和R型运算指令，并检查指令执行结果。 参考测试程序如下。 将测试程序用RISC-V汇编器（如Ripes）翻译成机器指令，输入实验系统后运行。
（1）Ⅰ型运算指令的参考测试程序
# I型运算指令测试
.text
addi x0, x0, -1
addi x17, x0, 0x555
slli x17, x17, 20
ori x17, x17, 0x555
addi x10, x0, -0x667
slli x11, x10, 20
ori x18, x11, 0x666
andi x19, x18, -0x556
addi x19, x19, 0
xori x21, x18, -1
addi x21, x21, 0
srai x22, x18, 12
addi x22, x22, 0
srli x23, x18, 31
addi x23, x23, 0
srai x24, x17, 16
addi x24, x24, 0
srli x25, x17, 30
addi x25, x25, 0
（2）R型运算指令的参考测试程序
# R型运算指令测试
.text
addi x17, x0, 0x555
slli x17, x17, 20
ori x17, x17, 0x555
addi x10, x0, -0x667
slli x11, x10, 20
ori x18, x11, 0x666
and x19, x18, x17
addi x19, x19, 0
or x20, x18, x17
addi x20, x20, 0
xor x21, x18, x17
addi x21, x21, 0
add x22, x18, x17
addi x22, x22, 0
sub x23, x18, x17
addi x23, x23, 0
addi x28, x0, 21
sll x5, x18, x28
addi x5, x5, 0
addi x28, x0, 12
sra x6, x18, x28
addi x6, x6, 0
srl x7, x18, x28
addi x7, x7, 0
addi x28, x0, 36
sra x8, x17, x28
addi x8, x8, 0
srl x9, x17, x28
addi x9, x9, 0
（3）编写自己的测试程序
编写一个综合Ⅰ型和R型运算指令的测试程序，验证自己的设计。根据指导教师的要求，提交验证记录。
| 测试程序输入到实验系统后，应及时保存到本地备份。 |