ISA(MIPS,ARM,RISC-V)中的算术运算溢出检测逻辑是怎样的？

关于ISA架构，之前写过一些总结。这里单独将其中一个技术点拿出来，对比分析不同架构下实现的差异。这个技术点就是算术指令中的溢出检测。

ARM体系结构中，通过CPSR的状态寄存器反映当前指令的溢出状态。

而MIPS，则是通过指令触发中断的方式产生溢出信号，通知处理器，比如，MIPS有如下计算指令：

加法操作：add rd, rs, rt

指令作用为：rd<-rs+rt.将地址为rs的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值进行加法运算，结果保存到地址为rd的通用寄存器中。但是这里有一种特殊情况是，如果加法运算溢出，那么会产生溢出异常，同时不保存结果。

加法操作：addu rd, rs, rt

指令作用为rd<-rs+rt.将地址为RS的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值进行加法运算，结果保存到地址为rd的寄存器中，与上面ADD指令的不同之处在于ADDU指令不进行溢出检查，总是将结果保存到目的寄存器。

减法操作：sub rd, rs, rt

指令作为用为，rd<-rs-rt,将地址为RS的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值进行减法运算，结果保存到地址为RD的通用寄存器中，但是有一种特殊情况，如果减法操作溢出，那么将产生溢出一场，同时不保存结果。

减法操作：subu rd, rs, rt

指令作为用为，rd<-rs-rt,将地址为RS的通用寄存器的值与地址为rt的通用寄存器的值进行减法运算，结果保存到地址为RD的通用寄存器中，与SUB指令不同之处在于，subu指令不进行溢出检查，总是将结果保存到目的寄存器。

比较运算指令：slt rd, rs,rt

指令作用为： rd<-(rs

比较运算指令：sltu rd, rs,rt

指令作用为： rd<-(rs

所以，可以很明显看到RISCV&MIPS和ARM的不同之处。

现在我们通过波形来分析溢出的逻辑是如何处理的

仿真指令：

其中,上途中被颜色重点标记的指令OP分别为addu，ori，add，sub，subu，对应流水线执行阶段的aluop_i操作码为0x21,0x25,0x20,0x22, 0x23.

其中的ov_sum信号的变化规律如下：

 ov_sum信号的控制逻辑,在数字电路中，减法也是通过加法器实现的，所以无论ISA中的指令是ADD还是SUM，最终在ALU电路层面都是加法器实现的计算。

当add两个操作数分别为0x80000001和0x80000010时，得到的数字溢出，可以看到OV_SUM信号被拉高。

ov_sum产生逻辑：

RISCV的实现:

软件检查溢出 大部分（但不是所有）程序都忽略整数算术溢出，因此 RISC-V 依赖于软件溢出检查。检查无符号加法的溢出只需要在指令后添加一个额外的分支指令：

addu t0，t1，t2;

bltu t0， t1，overflow。

对于带符号的加法，如果已知一个操作数的符号，则溢出检查只需要在加法后添加一条分支 指令：

addi t0，t1，+ imm;

blt t0，t1，overflow

这覆盖了常见的加立即数的情况。对于一般的带符号加法，我们需要在加法指令后添加三个 附加指令，当且仅当一个操作数为负数时，结果才能小于另一个操作数，否则就是溢出。

add t0, t1, t2

slti t3, t2, 0 

slt t4,t0,t1

bne t3, t4, overflow

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结束