【正文】 述及其復(fù)雜的大型系統(tǒng)的設(shè)計 ,從系統(tǒng)描述到生成供可編程邏輯器件用的電路制造工藝制造文件或 FPGA 碼流交流。優(yōu)秀的編碼風(fēng)格應(yīng)當(dāng)易于修改狀態(tài)機中每個狀態(tài)的編碼 ,易于代碼的編寫和理解 ,有助于仿真和調(diào)試 ,并能生成高效得綜合效果。 Verilog HDL 的語法豐富 ,代碼風(fēng)格更加簡潔明了 ,靈活高效 ,已成功應(yīng)用 于設(shè)計的各個階段 :建模、仿真、驗證和綜合等。 Verilog HDL簡介及特點 硬件描述語言 (HDL)是一種形式化方法來描述數(shù)字電路和設(shè)計數(shù)字邏輯系統(tǒng)的語言 ,它是硬件設(shè)計人員與 EDA工具之間溝通的橋梁 ,其主要目的是用來編寫設(shè)計文件 ,建立電子系統(tǒng)行為級的模擬類型。也就是說，綜合器是軟件描述與硬件實現(xiàn)的一座 橋梁。綜合器的功能就是將設(shè)計者在 EDA平臺上完成的針對某個系統(tǒng)項目的 HDL、原理圖或狀態(tài)圖形，針對給定的硬件系統(tǒng)組件，進(jìn)行編譯、優(yōu)化、轉(zhuǎn)換和綜合，最終獲得欲實現(xiàn)功能的描述文件。 EDA 技術(shù)是以計算機為工具，根據(jù)硬件描述語言 HDL（ Hardware Description language）完成的設(shè)計文件，自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合及優(yōu)化、布局布線、仿真以及對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯和編程下載等工作。通過對波形進(jìn)行具體分析，驗證通過 該模塊實現(xiàn)的預(yù)期功能，并得出相應(yīng)的結(jié)論。整個設(shè)計從總體結(jié)構(gòu)到局部功能的實現(xiàn)采用了自頂向下的設(shè)計方法和模塊化的設(shè)計思想。 CPU 的 IP核是 SoC 技術(shù)的核心，開 發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 CPU IP 核對我國在電子技術(shù)方面跟上世界先進(jìn)的步伐，提高信息產(chǎn)業(yè)在世界上的核心竟?fàn)幜τ兄卮笠饬x。 3 課程設(shè)計的進(jìn)度安排 序號 主要階段、內(nèi)容 時間（天） 備注 1 鞏固 Verilog 語言，練習(xí)程序編寫 7 — 2 練習(xí)使用 EDA軟件 Quartus II 7 — 3 練習(xí)使用 進(jìn)行測試仿真 7 — 4 研究 RISC CPU 各模塊及其功能 7 — 5 編寫模塊源 代碼 并在 Quartus 上完成仿真 7 — 6 編寫模塊測試代碼 并完成其仿真 7 — 7 綜合各模塊，總結(jié)設(shè)計心得 7 — 8 完成課題設(shè)計報告 3 — 4 設(shè)計原理及結(jié)果 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科課程設(shè)計報告 2 摘要 隨著半導(dǎo)體技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，以 IP 核為基礎(chǔ)的集成電路設(shè)計形式得到極大的重視和長足的發(fā)展 。電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科課程設(shè)計報告 1 課程設(shè)計報告 年級 05 級 專業(yè) 集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng) 班級 1 班 姓名 同組人姓名 指導(dǎo)老師 職稱 課程名稱 基于 Verilog 的 RISC CPU 設(shè)計 課程性質(zhì) 必修 設(shè)計項目 地址多路器、 程序計數(shù)器 和 Cache 實驗要求 必開 1 設(shè)計目的 了解 精簡指令集（ RSIC） CPU 的原理和功能 熟練運用 EDA 軟件 Quartus II和 Modelsim 進(jìn)行設(shè)計和仿真 掌握硬件描述語言 Verilog HDL 的基本描述方法和設(shè)計理念 2 設(shè)計要求 用 QuartusⅡ設(shè)計地址多路器、程序計數(shù)器和 cache。 寫測試程序，并用 Modlesim 進(jìn)行仿真。 嵌入式 RISC 處理器已成為高中端嵌入式應(yīng)用和設(shè)計的主流 。 本文 重點用對 八位 RISC_CPU的地址多路器、程序計數(shù)器等模塊用硬件描述語言 Verilog HDL進(jìn)行 設(shè)計。模塊源 代碼 在 Quartus II ，生成相應(yīng)的仿真波形，綜合出相應(yīng)的電路圖形，并編寫出相應(yīng)的測試代碼，在Modelsim軟件上編譯通過并生成相應(yīng)的仿真波形。 關(guān)鍵詞： RISC_CPU； Verilog HDL； 地址多路器 ； 程序計數(shù)器 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科課程設(shè)計報告 3 EDA 技術(shù) EDA 是電子設(shè)計自動化（ Electronic Design Automation）縮寫，是 90 年代初從 CAD（計算機輔助設(shè)計）、 CAM（計算機輔助制造）、 CAT（計算機輔助測試）和 CAE（計算機輔助工程）的概念發(fā)展而來的。典型的 EDA工具必須包含兩個特殊的軟件包，即綜合器和適配器。在綜合器工作前，必須給定所要實現(xiàn)的硬件結(jié)構(gòu)參數(shù)，它的功能就是將軟件描述與給定的硬件結(jié)構(gòu)用一定的方式聯(lián)系起來。綜合過程就是將電路的高級語言描述轉(zhuǎn)換成低級的、可與目標(biāo)器件 FPGA/CPLD 相映射的網(wǎng)表文件。 Verilog HDL是工業(yè)和學(xué)術(shù)界的硬件設(shè)計者所使用的兩種主要的 HDL之一 ,其是Candence公司支持下針對 EDA工具開發(fā)的 HDL語言 ,所以其與工具的結(jié)合更為緊密一些。用 Verilog HDL設(shè)計有限狀態(tài)機有編碼風(fēng)格 ,而不同的編碼風(fēng)格經(jīng)綜合后得到的電路物理實現(xiàn) ,在速度和面積上有很大差別。 Verilog HDL既是一種行為描述的語言 ,也是一種結(jié)構(gòu)描述的語言 ,其模型可以是實際電路的不同級別的抽象 ,這些級別的抽象和它們所對應(yīng)的模型有五種 :系統(tǒng)級、算法級、 RTL級、門級、開關(guān)級。一個完整的Verilog HDL設(shè)計遵循如圖 。 QuartusII 是 Altera 提供的 FPGA/CPLD 開發(fā)集成環(huán)境， Altera 是世界上最大的可編程邏輯器件供應(yīng)商之一。在 QuartusII 上可以完成 FPGA 設(shè)計的整個流程，它提供了一種與結(jié)構(gòu)無關(guān)的設(shè)計環(huán)境，使設(shè)計者能方便地進(jìn)行設(shè)計輸入、快速處理和器件編程。 QuartusII 具備仿真功能，同時也支持第三方的仿真工具，如 ModelSim。編譯器包括的功能模塊有分析 /綜合(Analysisamp?？梢酝ㄟ^選擇 Start Compilation來運行所有的編譯器模塊，也可以通過選擇 Start單獨運行各個模塊。在 CompilerTool 窗口匯總，可以打開該模塊的設(shè)置文件或報告文件，或打開其它相關(guān)窗口。QuartusII 還包含了 74LS 系列傳統(tǒng)數(shù)字器件幾乎所有元件的元件庫。對于 HDL 的設(shè)計，可以使用 QuartusII 帶有的 RTL viewer 觀察綜合后的RTL 圖。 圖 QuartusII設(shè)計流程 modelsim 軟件介紹 Mentor 公司的 ModelSim 是業(yè)界最優(yōu)秀的 HDL 語言仿真軟件，它能提供友好的仿真環(huán)境，是業(yè)界唯一的單內(nèi)核支持 VHDL 和 Verilog 混合仿真的仿真器。 主要特點： ? RTL和門級優(yōu)化，本地編譯結(jié)構(gòu)，編譯仿真速度快，跨平臺跨版本仿真； ? 單內(nèi)核 VHDL 和 Verilog 混合仿真； ? 源代碼模版和助手，項目管理； ? 集成了性能分析、波形比較、代碼覆蓋、數(shù)據(jù)流 ChaseX、 Signal Spy、虛擬對象 Virtual Object、 Memory 窗口、 Assertion 窗口、源碼窗口顯示信號值、信號條件斷點等眾多調(diào)試功能； ? C 和 Tcl/Tk 接口， C 調(diào)試； ? 對 SystemC 的直接支持，和 HDL 任意混合 ? 支持 SystemVerilog 的設(shè)計功能； 電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科課程設(shè)計報告 6 ? 對系統(tǒng)級描述語言的最全面支持， SystemVerilog, SystemC, PSL。 ModelSim 分幾種不同的版本： SE、 PE、 LE和 OEM，其中 SE是最高級的版本 ,而集成在 Actel、 Atmel、 Altera、 Xilinx 以及 Lattice 等 FPGA廠商設(shè)計工具中的均是其 OEM 版本。 ModelSim SE 支持 PC、 UNIX 和 LINUX 混合平臺；提供全面完善以及高性能的驗證功能；全面支持業(yè)界廣泛的標(biāo)準(zhǔn)； Mentor Graphics公司提供業(yè)界最好的技術(shù)支持與服務(wù)。計算機進(jìn)行信息處