自己编写第三阶段处理器——教学版OpenMIPS处理器蓝图

本人所著的新书《自己动手写处理器》（尚未正式出版）将逐步上传，今日为第十篇内容，我会尽力保持每周更新四篇的频率。

自本章起，将逐步完成教学版OpenMIPS处理器的实现过程。本章首先呈现了教学版OpenMIPS处理器的整体架构设计，并详细阐述了该系统的开发目标，其中重点介绍了计划实现的五级流水线结构。3.2节则展示了OpenMIPS处理器的接口示意图，并对各个接口的功能进行了说明。3.3节简要说明了各源代码文件的具体用途。最后部分则详细描述了OpenMIPS处理器的实现方式，读者将会发现本书所提供的实现方案与现有教材中的方法存在显著差异，其设计更便于理解与实际操作。

3.1 系统设计目标

3.1.1 设计目标

本书第二部分所构建的教学版OpenMIPS处理器，是一种采用哈佛结构的32位标量处理器，能够兼容MIPS32指令集架构（后文将不再特别说明Release 1）。该设计的优势在于可以借助现有的MIPS编译环境，例如GCC编译器等。OpenMIPS处理器的设计目标具体如下：

• 构建五级整数流水线，依次包括：取指、译码、执行、访存以及回写
• 采用哈佛结构，实现指令与数据接口的分离
• 配备32个32位整数寄存器
• 支持大端模式
• 实现向量化异常处理机制，并具备精确异常处理能力
• 支持6个外部中断源