單周期cpu設(shè)計(jì)-資料下載頁
2025-08-05 03:37本頁面
【正文】 0。 endcaseendendmodule圖26 顯示對應(yīng)模塊 顯示還有一步驟是將上述總模塊編譯成功后，會(huì)有32個(gè)輸出端口，按照引腳對應(yīng)接在如圖27的引腳圖上。圖27 實(shí)驗(yàn)板引腳圖另外還有一個(gè)顯示問題是：時(shí)鐘信號太快，人肉眼來不及觀察，所以應(yīng)將時(shí)鐘延長，所以采用如圖28所示的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，輸入的時(shí)鐘信號經(jīng)過時(shí)鐘計(jì)數(shù)器產(chǎn)生24個(gè)時(shí)鐘信號，器件使用最高位時(shí)鐘信號，即C[23]，這樣相當(dāng)于延長了時(shí)鐘信號，便于人眼觀察數(shù)碼管的顯示。圖28 時(shí)鐘計(jì)數(shù)器五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括兩大部分：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)初始數(shù)據(jù)、指令存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)指令數(shù)據(jù)，現(xiàn)分別對兩部分?jǐn)?shù)據(jù)展示。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器初始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存放初始數(shù)據(jù)如表3，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中以二進(jìn)制存在，這里表述使用16進(jìn)制，表示的意思是：在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，地址0H，1H，2H，3H存放的初始數(shù)據(jù)是0002H，0001H，0003H，0004H。表3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)表Address+00+01+10+11000000000000000010000000000000000100000000000000110000000000000100 指令存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)指令存儲(chǔ)器中存放指令數(shù)據(jù)如表4，在指令存儲(chǔ)器中以二進(jìn)制存在。它表達(dá)的意思需要結(jié)合功能指令的格式進(jìn)行分析。具體分析如下：表4 指令存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)表Address+000+001+010+011+100+10100100100000100000010010000100000010101000001000000101000000000010001100000100000001010000000000010 前兩條指令的前4位功能操作碼為1001，是LW指令。根據(jù)LW指令的格式，第一條指令將寄存器000中的數(shù)據(jù)和000000擴(kuò)展成16位0000H相加結(jié)果為0000H（初始寄存器000數(shù)據(jù)為0000H）作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址（實(shí)驗(yàn)中取結(jié)果的[40]位作為地址）0H號地址取出原始數(shù)據(jù)0002H，存放至寄存器001號中；第二條指令將寄存器000中的數(shù)據(jù)和000001擴(kuò)展成16位0001H相加結(jié)果為0001H（初始寄存器000數(shù)據(jù)為0000H）作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址1H號地址取出原始數(shù)據(jù)0001H，存放至寄存器010號中； 第三條指令的前4位功能操作碼為0101，是ADD指令。根據(jù)ADD指令的格式，將寄存器000號中的數(shù)據(jù)（初始還是0000H）和寄存器001號中的數(shù)據(jù)0002H（存儲(chǔ)器取出放至寄存器001中的）相加結(jié)果送入寄存器000號中。 第四條指令的前4位功能操作碼為1010，是J指令。根據(jù)J指令的格式，將指令后12位[110]數(shù)據(jù)004H零擴(kuò)展成16位0004H，即跳轉(zhuǎn)至地址為0004H（此處即為下一條指令，這里設(shè)置J指令主要是為了解決加減顯示的時(shí)間不一致性）。 第五條指令的前4位功能操作碼為0110，是SUB指令。根據(jù)SUB指令的格式，將寄存器000號中的數(shù)據(jù)（此時(shí)是0002H）和寄存器010號中的數(shù)據(jù)0001H（存儲(chǔ)器取出放至寄存器010中的）相減結(jié)果送入寄存器000號中。第六條指令的前4位功能操作碼為1010，是J指令。根據(jù)J指令的格式，將指令后12位[110]數(shù)據(jù)002H零擴(kuò)展成16位0002H，即跳轉(zhuǎn)至地址為0002H（此處即為ADD指令）。而數(shù)碼管顯示的結(jié)果是寄存器000號中的數(shù)據(jù)，所以在實(shí)驗(yàn)板上能夠?qū)崿F(xiàn)加2減1的循環(huán)運(yùn)算，若想更改數(shù)據(jù)，可以修改數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的初始數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)加n減m的運(yùn)算，同樣修改指令存儲(chǔ)器中的指令數(shù)據(jù)位置，也可以實(shí)現(xiàn)減n加m運(yùn)算。六、 結(jié)論和體會(huì)通過此次10周的CPU設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓我們對CPU內(nèi)部組成以及指令在CPU部件上如何運(yùn)作有了一個(gè)更深的理解。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們遇到了各種問題，一開始老師布置下來的CPU任務(wù)的時(shí)候，完全是懵的，因?yàn)镃PU器件和指令運(yùn)算只在課本上學(xué)習(xí)，從來沒有真正實(shí)踐過，現(xiàn)在需要自己設(shè)計(jì)CPU的各個(gè)部件，而且要將指令在器件上運(yùn)行，那時(shí)簡直崩潰。但在接下來的日子，我們沒有因?yàn)椴粫?huì)而放棄，而是努力專心去設(shè)計(jì)好每個(gè)部件，對每個(gè)部件的功能進(jìn)行模擬仿真，確保這一部件模塊不出錯(cuò)，在設(shè)計(jì)過程中，感覺我們頭腦慢慢開竅，也明白了下一步需要設(shè)計(jì)的東西，或許這是潛移默化的效果吧。確保每個(gè)CPU部件功能都是正確的后，然后需要將所有部件模塊整合在一起，很不幸，編譯沒有通過，于是我們在努力盤查細(xì)節(jié)問題，最終編譯成功。但還有另外一大問題，就是將軟件設(shè)計(jì)的模型放在FPGA實(shí)驗(yàn)板上運(yùn)行，而問題需要將結(jié)果數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上，需要編寫顯示對應(yīng)的Verilog語言，以及需要將結(jié)果和pin腳相連等操作。皇天不負(fù)有心人，終于完成了CPU的設(shè)計(jì)，這過程雖然很苦，但結(jié)果卻是令人興奮的，經(jīng)過這番“徹骨寒”，讓我們迎來了“梅花香”，讓我們對CPU有了更深的理解，而不只是紙上談兵。最后，在這里感謝老師這十來周的辛勤付出，感謝學(xué)院開設(shè)這門有意義、有難度的課程，以及感謝所有幫過我們解決問題的同學(xué)?。。∑?、 參考文獻(xiàn)[1] 錢江波. 短學(xué)期指導(dǎo). 寧波大學(xué)實(shí)驗(yàn)手冊，2016/09/10[2] 白中英，戴志濤. 計(jì)算機(jī)組成原理. 科學(xué)出版社，2013/03[3] kingduan. 簡單CPU設(shè)計(jì)實(shí)踐. 博客園. [4] 姜詠江. CPU設(shè)計(jì)我要讓更多人掌握它. 博客. 17
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