基于FPGA的8位CPU设计.pdfVIP

第z5卷第4期 中原工学院学报 VoI．25No．4 2014年8月 JOURNAL0FZHONGYUANUNIVERSITY0FTECHNoLoGY Aug．，2014 文章编号：1671—6906(2014)04—0075—04 基于FPGA的8位CPU设计 马彦勤，马 辉 (安阳师范学院，河南安阳455000) 摘要：基于FPGA和电子设计自动化技术，设计了一个8位CPU，其功能模块包括取指功能部件、指令译码功能部 件、指令执行功能部件、时序信号处理功能部件等。利用VHDL语言完成各功能部件的设计和仿真验证，在顶层文件建 立各模块的连接。仿真结果表明，其功能达到了设计要求。 关键词：FPGA；CPU,VHDL语言 中圈分类号：TP302 文献标志码：A DOI：10．3969／j．issn．1671～6906．2014．04．017 CPU作为计算机系统的核心，其功能与结构设计 也为32字节，用5位指令地址进行访问取指。 一直是国内外研究的热点。近年来随着计算机和微电 1．1 CPU功能简介 子技术的发展，采用EDA技术，基于FPGA器件的CPU的功能主要是取指令、分析指令、执行指令。 CPU设计成为计算机组成原理和计算机系统结构实验 其工作过程是对所存储的程序指令进行读取，并进行 中的重要内容口]。如何使CPU更有效率地工作，使其指令译码，从而按照指令所代表的含义执行相应操作。 内部结构更精简，一直是研究的方向。本文研究了 基于此设计的CPU及存储器的大致结构如图1所示。 CPU的功能和结构特点，完成了一个8位CPU的设计， 在图中可以清晰地看到整个CPU的运作过程。首先 并给出综合仿真结果。 从寄存器PC中取出指令地址，根据指令地址从指令 存储器中取出指令，将指令放入寄存器IR中，再根据 1 CPU功能简介、模块组成和指令集 寄存器IR中的指令进行指令分析；其次从数据存储 器中进行数据存取，通过ALu运算器，最终按照指令 要求进行数据加工操作；最后根据AC结果值，对标志 本文设计的CPU是基于FPGA器件的具有完整 的取指、译码、执行功能的8位CPU。在此设计中，指位ZF进行赋值。根据整个CPU的运作过程，把CPU 令系统采用单字长结构，指令地址码部分采用直接寻 的功能模块设计成取指部件、译码部件、执行部件三大 址方式，指令所能访问的数据存储器的地址空间为32 功能部件，然后设计一个时序信号处理部件来控制这 字节。为简化处理，所设计的指令存储器的地址空问 三个部件的执行[2]。 IR 指令广] 控 到L 制 命 I 令 I．．．．-J 图1 CPU结构图 收藕日期：Z014—05～02 作者简介：马彦勤(1991一)，女，河南浚县人，主要研究方向为计算机应用。 中原工学院学报 2014年第25卷 1．2 CPU的模块组成 72 react 基于FPGA的8位CPU的设计主要包括三