简要概述

P7上机共5题，前四题均为课下强测，分别为功能强测、转发阻塞强测、异常强测和中断强测，保证课下实现功能没有问题即可通过，最后一题是课上新指令题，可能是新指令或异常处理（第一次是withdraw指令，涉及利用CP0中新增寄存器以实现撤销操作，具体内容可参考Lazyfish的博客）

T5 Watch Exception(第二次)

题目描述

新增异常Watch，分为IMWatch和DMWatch，异常码均为5'd23，要求在CP0中新增2个32位18、19号寄存器WatchLo和WatchHi，均可通过mtc0和mfc0读写。WatchLo中高16位存放IM地址，低16位中存储DM地址，WatchHi[0]用于全局监视使能的控制，Watch[1]用于store类型指令监视使能的控制，WatchHi[2]用于load类型指令监视使能的控制，WatchHi[3]用于指令PC值监视使能的控制。

  • IMWatchIM异常：当指令PC值与WatchLo中高16位做32位0拓展后相等时，若全局监视使能和PC值监视使能均打开，则触发IMWatch异常。
  • DMWatchDM异常：当store指令的地址范围包含WatchLo中低16位做32位0拓展后的地址时，若全局监视使能和store类型指令监视使能均打开，则触发DMWatch异常；当load指令的地址范围包含WatchLo中低16位做32位0拓展后的地址时，若全局监视使能和load类型指令监视使能均打开，则触发DMWatch异常。
  • 注意：对于IM异常，优先级高于除PC值未对齐或地址越界外的其他异常；对于DM异常，不保证WatchLo中DM地址字段对齐，IMWatch异常优先级低于取数存数异常AdEL和AdES。受害指令在延迟槽内时，IM异常记录的EPC为跳转指令；若受害指令是乘除器指令，则触发IM异常不应该触发乘除槽，即精确异常。

解题思路

个人认为至少有两种思路，下面简单叙述一下。

  1. 第一种是在D级判断D指令是否触发IMWatch异常，同时在冒险阻塞单元中特判如果D级或者M级是mtc0指令且修改了WatchLo或WatchHi寄存器，则将D级指令阻塞，直到阻塞结束得到了正确的WatchLo和WatchHi才判断。E级乘除器MDU需要特判出现IMWatch异常则禁止乘除槽。对于DMWatch异常，需要针对不同存取指令比较WatchLo[16:0]拓展后的地址范围，如lw或者sw指令比较[32:2]是否相等，lh或sh指令比较[32:1]是否相等，lb或sb指令比较[32:0]是否相等。注意需要特判WatchHi[0]、WatchHi[1]、WatchHi[2]、WatchHi[3]是否打开，否则不触发异常。
  2. IM异常和DM也可以都在M级判断，只需要实现MDU的撤销操作，我的CPU架构中触发乘除槽后，当回合即会将计算结果存入tempHi和tempLo寄存器，故在M级判断异常后，如果是受害指令是乘除槽相关指令，将tempHi和tempLo以及计数器、busy等清零即可；DM异常处理与第一种方法相同。

此题还需要注意，WatchLo和WatchHi需要支持全部32位的读写，不能在F级判断IM异常，否则需要阻塞前面的mtc0指令一直到M级结束，这将导致TLE。

T5 Memory Limitation(第三次)

题目描述

在CP0中添加32位18号寄存器LowerLimit，32位19号寄存器UpperLimit，可正常通过mtc0/mfc0修改内容，UpperLimit[15:0]和LowerLimit[15:0]存上下界内存地址的[15:0]，通过32位0扩展得到UpperAddress和LowerAddress，对[LowerAddress, UpperAddress)内的内存读写操作进行如下限制（注意地址区间范围的开闭）。
当LowerLimit[31:16]与UpperLimit[31:16]1的个数之和为奇数时只允许读，如果写将导致AdES异常，当LowerLimit[31:16]与UpperLimit[31:16]1的个数之和为偶数时只允许写，如果读将导致AdEL异常。
保证LowerLimit[15:0] ⩽\leqslant UpperLimit[15:0]，且LowerLimit[15:0]、UpperLimit[15:0]在0x0000-0x3000之间。若LowerLimit[15:0] == UpperLimit[15:0]，则不限制任何内存读写。

解题思路

整理一下需要做的事，增加两个寄存器，修改MTC0和MFC0指令，把寄存器中的数据传到BE和DE中，在BE和DE中判断是否禁止读或者写，比较地址和区间的关系，如果存在限制且读/写则触发异常。
看着很简单，其实也确实如此，但最需要注意的是这个问题：地址只要包含了限制区间，同时在禁止读/写时进行了读/写操作，就会导致异常，那显然我们需要根据存取指令是字、半字还是字节来计算出操作的地址范围，然后与限制区间进行比较，如果存在交集，则触发异常。我们可以反过来，即判断存取指令的地址范围只落在限制范围的一侧，如此则不触发异常。