在MIPS中，何时使用带符号扩展名，何时使用零扩展名？

Question

我正在将MIPS处理器设计为我的个人项目，到目前为止，我遇到了一个非常困惑的问题。我只是无法总结何时在MIPS中使用有符号扩展和何时使用零扩展。

我搜索了很多资源，大部分都说：

1）ADDI，ADDIU都使用符号扩展。2）ANDI，ORI，XORI都使用零扩展。

但是，在这两个说明中，我开始感到困惑：

SLTIU / SLTI

在Imagination的“程序员的MIPS体系结构第II-A卷：MIPS指令集手册”中，第368页说：

它清楚地提到了16位立即数是有符号扩展的。但是我不理解以下声明：

[[0，32767]或无符号范围的最大值[max_unsigned-32767，max_unsigned]的结尾。

和其他一些人说16位立即数是零扩展，像这样：

嗯，有人可以解释一下MIPS中的带符号指令和无符号指令到底有什么区别吗？

Answer 1

我不确定您显示的两个描述的行为是否完全相同。它们似乎是不同的实现。

在他们的文档中，Imagination的MIPS的实现如下（以SystemVerilog语法，假设GPR寄存器为32位：]

if ({1'b0 , GPR[rs]} < {1'b0 , sign_extend(immediate)} 
   GPR[rd] = 32'h00000001;
else
   GPR[rd] = 32'h00000000;

请注意，这是一个33位比较，其中第33位为0，因此是无符号比较。

此外，请注意：

sign_extend(immediate) returns: { {16{immediate[15]}}, immediate }

这意味着立即数首先被视为带符号的数字，即15位值，而第16位是符号。因此：

If immediate >=0, then sign_extend(immediate) is in [0,32767]. 

另一方面，如果即时数为负数，则将有：

sign_extend(immediate)  = { {16{1'b1}}, 1'b1, immediate[15:0] }, which is in [32'hFFFFFFFF-32767, 32'hFFFFFFFF]

其中32'hFFFFFFFF被称为max_unsigned。

基本上，该指令使您能够在[0,32767]或[32'hFFFFFFFF-32767，32'hFFFFFFFF]中的GPR [rs]和unsigned数字之间执行无符号比较。

第二种实现在GPR [rs]和[0,65535]之间执行无符号比较。

编辑：

请注意，在SLTI和SLTIU中，立即数被符号扩展，但其意图不同。在SLTIU中，被比较的两个数字被强制取消单个（通过添加第33位）。因此，立即数的符号扩展启用了不同的比较范围：最小的32767和最大的32767无符号值，而不是0到65535。符号扩展未出于签名比较的目的而进行，因为这可能会造成混淆。

但是，在SLTI中，即时数的符号扩展是出于不同的目的：将负值与正值进行比较（有符号比较）。>>

Answer 2

文档暗示该指令首先对16位立即数进行符号扩展，然后执行32位无符号比较。在verilog中，这应为：