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class CPU:
def __init__(self, barramento):
self.barramento = barramento
self.pc = 0x00000000
self.regs = [0] * 32
# Funcoes Auxiliares
def correcao_dsinal(self, entrada):
entrada = entrada & 0xFFFFFFFF
if (entrada & 0x80000000) == 0x80000000:
return entrada - 0x100000000
return entrada
def correcao_dtamanho(self, entrada):
return entrada & 0xFFFFFFFF
def carregar_programa(self, lista_hex):
addr = 0
for inst in lista_hex:
self.barramento.escreva(addr, inst, 32)
addr += 4
# Execucao
def run(self):
ciclos = 0
while True:
if not self.Decoder():
break
ciclos += 1
if ciclos > 5000:
print("Aviso: Limite de ciclos atingido.")
break
self.barramento.imprimir()
print("\n")
print("CPU Halt (Fim do programa).")
# Decodificador
def Decoder(self):
self.regs[0] = 0
instrucao = self.barramento.leia(self.pc, 32)
if instrucao == 0: return False
next_pc = self.pc + 4
# Separação da entrada
opcode = instrucao & 0x7F
rd = (instrucao >> 7) & 0x1F
funct3 = (instrucao >> 12) & 0x7
rs1 = (instrucao >> 15) & 0x1F
rs2 = (instrucao >> 20) & 0x1F
funct7 = (instrucao >> 25) & 0x7F
# Imediatos (Com correção de sinal ajustada)
# Tipo I Imediato
imm_i = instrucao >> 20
if imm_i & 0x800: imm_i -= 0x1000
# Tipo S Imediato
imm_s = ((instrucao >> 25) << 5) | ((instrucao >> 7) & 0x1F)
if imm_s & 0x800: imm_s -= 0x1000
# Tipo B Imediato
imm_b = ((instrucao >> 31) << 12) | ((instrucao & 0x7E000000) >> 20) | ((instrucao & 0xF00) >> 7) | ((instrucao & 0x80) << 4)
if imm_b & 0x1000: imm_b -= 0x2000
# Tipo U Imediato
imm_u = instrucao & 0xFFFFF000
# Tipo J Imediato
imm_j = ((instrucao >> 31) << 20) | (instrucao & 0xFF000) | ((instrucao & 0x100000) >> 9) | ((instrucao & 0x7FE00000) >> 20)
if imm_j & 0x100000: imm_j -= 0x200000
# Instrucoes - Em ordem de Opcode
# Opcode 0b0000011 - Tipo I (LOAD)
if opcode == 0x03:
addr = self.correcao_dtamanho(self.regs[rs1] + imm_i)
if funct3 == 0x0: # LB (Load Byte)
self.barramento.leia(self.correcao_dsinal(addr), 8)
elif funct3 == 0x1: # LH (Load Half - Signed)
self.barramento.leia(self.correcao_dsinal(addr), 16)
elif funct3 == 0x2: # LW (Load Word)
self.regs[rd] = self.barramento.leia(addr, 32)
elif funct3 == 0x4: # LBU (Load Byte Unsigned)
self.regs[rd] = self.barramento.leia(addr, 8)
elif funct3 == 0x5: # LHU (Load Half Unsigned)
self.regs[rd] = self.barramento.leia(addr, 16)
# Opcode 0b0010011 - Tipo I (OPERACAO IMEDIATA)
elif opcode == 0x13:
val1 = self.correcao_dsinal(self.regs[rs1]) # Valor com sinal
if funct3 == 0x0: # ADDI
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 + imm_i)
elif funct3 == 0x1: # SLLI
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 << (imm_i & 0x1F))
elif funct3 == 0x2: # SLTI (Set Less Than Immediate - Signed)
self.regs[rd] = 1 if val1 < imm_i else 0
elif funct3 == 0x3: # SLTIU (Set Less Than Immediate Unsigned)
if self.correcao_dtamanho(val1) < self.correcao_dtamanho(imm_i):
self.regs[rd] = 1
else:
self.regs[rd] = 0
elif funct3 == 0x4: # XORI
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 ^ imm_i)
elif funct3 == 0x5: # SRLI / SRAI
shamt = imm_i & 0x1F
if (imm_i >> 10) & 1: # SRAI (Shift Right Arithmetic)
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 >> shamt)
else: # SRLI (Shift Right Logical)
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(self.regs[rs1] >> shamt)
elif funct3 == 0x6: # ORI
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 | imm_i)
elif funct3 == 0x7: # ANDI
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 & imm_i)
# Opcode 0b0010111 - Tipo U (CRIAR ENDERECO IMEDIATO)
elif opcode == 0x17: # AUIPC (add upper immediate to PC)
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(self.pc + imm_u)
# Opcode 0b0100011 - S-Type (ARMAZENAR)
elif opcode == 0x23:
addr = self.regs[rs1] + imm_s
if funct3 == 0x0: # SB (Store Byte)
self.barramento.escreva(addr, self.regs[rs2] & 0xFF, 8)
elif funct3 == 0x1: # SH (store half)
self.barramento.escreva(addr, self.regs[rs2] & 0xFFFF, 16)
elif funct3 == 0x2: # SW (Store Word)
self.barramento.escreva(addr, self.regs[rs2], 32)
# Opcode 0b0110011 - Tipo R (OPERACOES ENTRE REGISTRADORES)
elif opcode == 0x33:
val1 = self.correcao_dsinal(self.regs[rs1])
val2 = self.correcao_dsinal(self.regs[rs2])
if funct3 == 0x0:
if funct7 == 0x00: # ADD
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 + val2)
elif funct7 == 0x20: # SUB
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 - val2)
elif funct3 == 0x1: # SLL (Shift Left Logical)
shamt = val2 & 0x1F
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 << shamt)
elif funct3 == 0x2: # SLT (Set Less Than Signed)
self.regs[rd] = 1 if val1 < val2 else 0
elif funct3 == 0x3: # SLTU (Set Less Than Unsigned)
u_val1 = self.correcao_dtamanho(val1)
u_val2 = self.correcao_dtamanho(val2)
self.regs[rd] = 1 if u_val1 < u_val2 else 0
elif funct3 == 0x4: # XOR
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 ^ val2)
elif funct3 == 0x5: # SRL / SRA (Shift Right)
shamt = val2 & 0x1F
if funct7 == 0x20: # SRA (Arithmetic)
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 >> shamt)
else: # SRL (Logical)
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(self.correcao_dtamanho(val1) >> shamt)
elif funct3 == 0x6: # OR
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 | val2)
elif funct3 == 0x7: # AND
self.regs[rd] = self.correcao_dtamanho(val1 & val2)
# Opcode 0b0110111 - Tipo U (CARREGAR ENDERECO IMEDIATO)
elif opcode == 0x37: # LUI
self.regs[rd] = imm_u
# Opcode 0x1100011 - Tipo B (ESCOLHAS)
elif opcode == 0x63: # BRANCH
val1 = self.correcao_dsinal(self.regs[rs1])
val2 = self.correcao_dsinal(self.regs[rs2])
desvio = False
# Comparações com SINAL (Tratam -1 como menor que 1)
if funct3 == 0x0: # BEQ (IGUAL)
desvio = (val1 == val2)
elif funct3 == 0x1: # BNE (DIFERENTE)
desvio = (val1 != val2)
elif funct3 == 0x4: # BLT (MENOR QUE)
desvio = (val1 < val2)
elif funct3 == 0x5: # BGE (MAIOR OU IGUAL)
desvio = (val1 >= val2)
elif funct3 == 0x6: # BLTU (MAIIOR)
desvio = (self.correcao_dtamanho(val1) < self.correcao_dtamanho(val2))
elif funct3 == 0x7: # BGEU (MENOR OU IGUAL)
desvio = (self.correcao_dtamanho(val1)>= self.correcao_dtamanho(val2))
# Se a condição for verdadeira, atualiza o next_pc
if desvio == True:
next_pc = self.pc + imm_b
# Opcode 0x67 (1100111) - Tipo I (PULO com registrador)
elif opcode == 0x67: # JALR
self.regs[rd] = next_pc
next_pc = (self.regs[rs1] + imm_i) & ~1
# Opcode 0x6F (1101111) - Tipo J (PULO)
elif opcode == 0x6F: # JAL
self.regs[rd] = next_pc
next_pc = self.pc + imm_j
self.pc = self.correcao_dtamanho(next_pc)
return True