【正文】 1 前言 ................................................................................................................................................ 2 設(shè)計任務 ................................................................................................................................. 3 設(shè)計說明 ................................................................................................................................. 3 處理器原理圖及其組成 ................................................................................................ 3 數(shù)據(jù)傳輸及加減法的實現(xiàn) .............................................................................................. 3 處理器所支持的指令及功能說明、指令的編碼規(guī)則 .................................................. 4 指令執(zhí)行的時序控制 ...................................................................................................... 4 .................................................................................... 6 mv Rx,Ry .......................................................................................................................... 6 mvi Rx,D ..................................................................................................................... 7 add Rx,Ry 和 sub Rx,Ry ............................................................................................ 8 4 單元模塊設(shè)計說明、 VHDL 代碼及其仿真 .......................................................................... 10 寄存器 RX ...................................................................................................................... 10 寄存器 A ........................................................................................................................ 11 加 /減法器 addsub ......................................................................................................... 12 寄存器 G ....................................................................................................................... 13 指令寄存器 IR .............................................................................................................. 14 計數(shù)器 upcount ............................................................................................................ 15 復用器 multi ................................................................................................................. 16 控制單元 control .......................................................................................................... 18 控制指令輸入轉(zhuǎn)換模塊 ............................................................................................... 26 16*16 點陣顯示控制模塊 ........................................................................................... 27 5 處理器各個模塊的連接及處理器功能仿真 ......................................................................... 29 處理器各個模塊的連接 ................................................................................................ 29 處理器功能仿真 ............................................................................................................ 29 立即數(shù)賦給寄存器 R0......................................................................................... 29 立即數(shù)賦給寄存器 R1......................................................................................... 29 寄存器 R0 的值賦給寄存器 R2 ......................................................................... 29 寄存器 R1 的值賦給寄存器 R3 ......................................................................... 29 立即數(shù)賦給寄存器 R4......................................................................................... 29 寄存器 R0 加上 R4 賦給 R0 .............................................................................. 30 寄存器 R1 加上 R4 賦給 R1 .............................................................................. 30 寄存器 R0 加上 R4 賦給 R0 .............................................................................. 30 立即數(shù)賦給寄存器 R5......................................................................................... 30 寄存器 R4 減去 R5 賦給 R4 .............................................................................. 30 寄存器 R4 減去 R0 賦給 R4 .............................................................................. 30 6 處理器實現(xiàn)的功能與操作說明 ............................................................................................. 31 處理器實現(xiàn)的功能 ....................................................................................................... 31 處理器相關(guān)的操作說明 ............................................................................................. 31 7 課程設(shè)計總結(jié) ......................................................................................................................... 32 8 附錄 ………………………………………………… … ...…………………………………… 324 2 前言 VHDL 的英文全名是 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language，誕生于 1982 年。 1987 年底， VHDL 被 IEEE 和美國國防部確認為標準硬件描述語言。 VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL 的語言形式和描述風格與句法是十分類似于一般的計算機高級語言。 VHDL 的程序結(jié)構(gòu)特點是將一項工程設(shè)計，或稱 設(shè)計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分 ,及端口 )和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設(shè)計實體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計就可以直接調(diào)用這個實體。這種將設(shè)計實體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設(shè)計的基本點。 與其他硬件描述語言相比， VHDL 具有以下特點： （ 1） 功能強大、設(shè)計靈活 VHDL 具有功能強大的語言結(jié)構(gòu)，可以用簡潔明確的源代碼來描述復雜的邏輯控制。它具有多層次的設(shè)計描述功能，層層細化，最后可直接生成電路級描述。 VHDL 支持同步電路、異步電路和隨機電路的設(shè)計，這是其他硬件描述語言所不能比擬的。 VHDL 還支持各種設(shè)計方法，既支持自底向上的設(shè)計，又支持自頂向下的設(shè)計；既支持模塊化設(shè)計，又支持層次化設(shè)計。 （ 2）支持廣泛、易于修改 由于 VHDL 已經(jīng)成為 IEEE 標準所規(guī)范的硬件描述語言，目前大多數(shù) EDA 工具幾乎都支持 VHDL，這為 VHDL的進一步推廣和廣泛應用奠定了基礎(chǔ)。在硬件電路設(shè)計過程中，主要的設(shè)計文件是用 VHDL編寫的源代碼，因為 VHDL 易讀和結(jié)構(gòu)化，所以易于修改設(shè)計。 （ 3）強大的系統(tǒng)硬件描述能力 VHDL 具有多層 次的設(shè)計描述功能，既可以描述系統(tǒng)級電路，又可以描述門級電路。而描述既可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或結(jié)構(gòu)描述，也可以采用三者混合的混合級描述。另外， VHDL 支持慣性延遲和傳輸延遲，還可以準確地建立硬件電路模型。 VHDL 支持預定義的和自定義的數(shù)據(jù)類型，給硬件描述帶來較大的自由度，使設(shè)計人員能夠方便地創(chuàng)建高層次的系統(tǒng)模型。 （ 4）獨立于器件的設(shè)計、與工藝無關(guān) 設(shè)計人員用 VHDL 進行設(shè)計時，不需要首先考慮選擇完成設(shè)計的器件，就可以集中精力進行設(shè)計的優(yōu)化。當設(shè)計描述完成后，可以用多種不同的器件結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)其功能。 （ 5）很強的移植能力 VHDL 是一種標準化的硬件描述語言，同一個設(shè)計描述可以被不同的工具所支持，使得設(shè)計描述的移植成為可能。 （ 6）易于共享和復用 VHDL 采用基于庫（ Library）的設(shè)計方法，可以建立各種可再次利用的模塊。這些模塊可以預先設(shè)計或使用以前設(shè)計中的存檔模塊，將這些模塊存放到庫中，就可以在以后的設(shè)計中進行復用，可以使設(shè)計成果在設(shè)計人員之間進行交流和共享，減少硬件電路設(shè)計。 3 設(shè)計任務 用 VHDL 設(shè)計一個簡單的處理器，并完成相關(guān)的仿真測試。 設(shè)計 說明