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后端开发

概览

编译、运行方式
cpu设计
yo文件的处理
json相关的处理
扩展功能：显示当前执行的指令

编译、运行方式

编译：g++ cpuRun.cpp trans.cpp Y86.cpp -o cpu
运行：./cpu.exe < xxx.yo > ans.json 输入当前目录下的xxx.yo文件，并将结果输出到ans.json中。

*为实现展示上的功能，最终给前端的文件里对cpuRun.cpp做了一些修改，并更名为cpuRun2.cpp。其编译运行方式不变，但最后输出的json文件内容有所变化（不能通过脚本测试）。

cpu设计

· 文件结构概览：

constVal.h：按照教材命名方式存放了各类常值，如16个寄存器的名称，stat不同状态，不同操作指令、分支指令对应编码等； wire.h：设计了结构体wire，模拟cpu中所有传输数据的线，依然采取书上的名称，并按不同传输位数选择了对应的变量（64位，8位，bool类）。
Y86.h, Y86.cpp：包含了基础的头文件，并以宏定义的方式设置了一些参数的最大值（icode，reg，mem的大小等），超过最大值会给出相应报错。同时设计了CPU类，其具体内容与实现会在下一节详细介绍。
trans.h, trans.cpp：使用了json的库，辅助实现yo文件，cpu状态，json文件直接的相互转换。
cpuRun.h, cpuRun.cpp：组合不同函数，最后生成可执行文件，模拟出完整可运行的cpu。

· CPU类的设计

类属性：将硬件单元和线路集合（结构体wire）都列为变量，增添STAT变量来更好判断cpu运行状态，并实现测试所需标准输出格式。
```
uint8_t STAT = SAOK;
uint64_t PC = 0;
uint64_t REG[16] = {0};
uint8_t MEM[mem_size] = {0};
bool CC[3] = {1,0,0};
wire one;
```

类方法： cpu本身功能：按照处理指令的六个阶段划分并实现对应函数，同时不同阶段可能经过的控制逻辑块、对于REG、MEM的读写操作也分别以函数实现，并列在对应阶段之后。

// 6 processing stages:
void fetch();
void decode();
void execute();
void memory();
void writeback();
void updatePC();

// (fetch)
bool insValid();    // return 0 for illegal instruction

// (decode)
void setsrcA();
void setsrcB();
void setdstE();
void setdstM();

// (execute) get aluA, aluB, etc.
uint64_t getaluA();
uint64_t getaluB();
uint64_t aluFun(uint8_t, uint64_t, uint64_t);   // calculate and return answer
bool cond();    // return Cnd signal

// (memory) get addr, data, etc.
uint64_t getAddr();
uint64_t getData();
uint8_t setStat();
bool readMem(uint64_t addr);    // return 0 if meet illeagal address
bool writeMem(uint64_t addr, uint64_t data);

// (updatePC)
uint64_t setPC();

输入输出：提供了不同接口来初始化cpu状态（通过标准输入，通过经处理的yo，通过json），并设置函数来将每条指令运行完的状态输出到json中。

void inState_json(const std::string &filePath);    // read in .json
void inState_yoed(const std::string &filePath);    // read in .yoed (processed .yo)
void inState();
Json outState();    // put out .json

此外还实现了一些工具函数：如进制间的简单转换，划分一个字节的高低4位，从指定地址取得64位数据，对不必要数据的清理，模拟书上HCL语言中in功能的函数等。其中in函数的参数个数不确定，上网查阅后选择使用初始化列表initializer_list解决此问题。

yo文件的处理

将yo文件当做txt处理。观察发现有效的数据格式为（地址）:（数据），且地址的前两位固定为0x，于是每次读入一整行，若满足上述格式，则将对应数字读入内存对应地址中。 * 注意到可能出现地址增幅与数据长度不同，遂不采用顺序存储
一开始没能理解“将从stdio读取机器码”的含义，于是将yo处理为对应的CPU初始状态（PC=0），并以json或yoed（以二进制保存了内存的初始状态）的形式存储，再用该json或yoed来初始化CPU。得知输入重定向后，对函数做了相应调整，从原来对文件的操作转为对标准输入的处理。

json相关的处理

听从助教建议选取了nlohmann的json库，添加文件夹到系统路径，并在使用时包含对应的头文件，成功得到测试所需的格式。之后又添加nlohmann/fifo_map.hpp，使得json对象中键值对的顺序按插入顺序排列，而非默认的字典序。 * 期间发现寄存器、内存中数据有时会发生错误，观察后发现是有无符号整型的问题，遂在输出到json时作类型转换，解决此问题。

扩展功能：显示当前执行的指令

实现：函数以switch为主，通过不同icode、ifun以及可能有的寄存器、数据等，搭建出汇编指令令。并将这些指令（字符串）放入json数组中，最后输出整个数组。
```
Json outIns();      // put out instrctions in json
std::string getRegName(uint8_t);
std::string getJxxName(uint8_t);
std::string getOPName(uint8_t);
```
应前端同学要求，将输出放在cpu状态之后，而非原先分别存放在两个json文件中。于是得到cpuRun2.cpp。

hhhhhk1106/Y86-simulator