BSHIFT

计算机组成原理实验报告实验二：桶形移位寄存器的设计
计算机科学与技术系
2012年3月13日星期二
一、实验目的
学习掌握桶形移位器的工作原理
掌握桶形移位器的设计方法
二、实验器材
QUARTUS DE2-70开发平台
三、实验任务
1：用VERILOG语言编写实现MIPS32位CPU中的桶形移位器，并在QUARTUS上实现模拟仿真
2：用VERILOG语言编写，在DE2-70开发板上实现一个8位桶形移位器，与MIPS 32位CPU中的桶形移位器原理相同，使其能正常工作。

3：用VERILOG 语言编写实现ARM 32位CPU中的桶形移位器，并在QUARTUE 上实现模拟仿真。

四、实验原理及电路图
MIPS:
上面是MIPS 8位桶形移位器的电路框图，根据上图可以用VERILOG语言实现该电路：
moduleBshift(shift_in,shift_amount,shift_op,shift_out);
input [7:0]shift_in;
input [2:0]shift_amount;
input [1:0]shift_op;
output[7:0]shift_out;
reg [7:0]shift_out;
integeri;
always@*
case(shift_op[1:0])
2'b00:shift_out<=shift_in<<shift_amount; 2'b01:shift_out<=shift_in>>shift_amount; 2'b10:
begin
for(i=0;i<8;i=i+1)
begin
if(i<8-shift_amount)
shift_out[i]<=shift_in[i+shift_amount]; else
shift_out[i]<=shift_in[7];
end
end
2'b11:
begin
for(i=0;i<8;i=i+1)
shift_out[i]<=shift_in[(i+shift_amount)%8];
end
endcase
endmodule
这个8位的桶形移位器根据操作符的不同实现四个不同的移位操作：逻辑左移，逻辑右移只用到”<<”和”>>”
算术右移，则是用了一个FOR循环来实现
循环右移，shift_out[i]<=shift_in[(i+shift_amount)%8]实现。

MIPS 32位
工作原理同8位移位器相同，但在VERILOG 语言实现上这里利用了略有不同的方法：
算术右移：
Sign =shift_in[31];
if(shift_op==2'b10)
begin
shift_out=shift_in>>shift_amount;
for(i=0;i<shift_amount;i=i+1)
shift_out[31-i]=sign;
end
循环右移：使用了一个case语句实现，有点繁琐，但一目了然：if(shift_op==2'b11)
begin
case(shift_amount)
5'b00000:shift_out=shift_in;
5'b00001:shift_out={shift_in[0],shift_in[31:1]};
5'b00010:shift_out={shift_in[1:0],shift_in[31:2]};
5'b00011:shift_out={shift_in[2:0],shift_in[31:3]};
5'b00100:shift_out={shift_in[3:0],shift_in[31:4]};
5'b00101:shift_out={shift_in[4:0],shift_in[31:5]}; ………………….
………………….
endcase
end
ARM:
LSL: 逻辑左移：寄存器中字的低端空的位补0
LSR: 逻辑右移：寄存器中字的高端空的位补0
ASR: 算术右移:移位过程中保持符号位丌变，即如源操作数为正数，则字的高端空出的位补0，否则补1
ROR: 循环右移:由字的低端移出的位填入字的高端空出的位
RRX:带扩展的循环右移:操作数右移一位，高端空出的位用原C标志填充，由字的低端移出的位填入C标志
主要的实现代码：
moduleshift_ARM(shift_in,shift_amount,form,shift_out,C,C2,); input [31:0]shift_in;
input [4:0]shift_amount;
input [2:0]form;
outputreg [31:0]shift_out;
input C;
outputreg C2;
parameter LSL=0,LSR=1,ASR=2,ROR=3,RRX=4;
always@*
begin
integeri;
case(form)
LSL:
shift_out[31:0]<=shift_in[31:0]<<shift_amount;
LSR:
shift_out[31:0]<=shift_in[31:0]>>shift_amount;
ASR:
begin
for(i=0;i<32;i=i+1)
begin
if(i<32-shift_amount)
shift_out[i]<=shift_in[i+shift_amount]; else
shift_out[i]<=shift_in[31];
end
end
ROR:
for(i=0;i<32;i=i+1)
shift_out[i]<=shift_in[(i+shift_amount)%32]; RRX:
begin
shift_out<={C,shift_in[31:1]};
C2<=shift_in[0];
end
default: shift_out=32'b0;
endcase
end
endmodule
五、实验步骤
对于MIPS 8位移位器实现,首先要代码实现，然后下载到实验板上验证。

MIPS 32位和ARM 实现主要是通过仿真验证：
MIPS 32
ARM 32
六、实验总结
实验遇到一个问题，是代码实现时在shift_op选项时没有设置为二进制，
使得编译通过了，但是功能实现不了，浪费了大量时间
七、实验思考题
说明桶形移位器与普通移位器有何不同？
桶形移位器是组合逻辑电路，可以实现各种移位操作，并可以设置移动位数。

而普通移位器则是时序逻辑电路，每次时钟触发时只可移动一位。