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cpu_xiong.doc
CPU设计实验报告(受陈超同学指点)
1设计目的:
1)初步学习硬件逻辑电路建模,并用HDL语言描述硬件电路。
2)掌握应用quarter环境进行开发的流程,学会使用maxplus进行操作。
3)掌握基本verilog语言,可以编写基本的程序。
4)掌握cpu的组成原理,懂得运行过程,实现相应的编码。
2设计目标:
设计一简单的CPU模型,可以实现基本的运算,跳转,装入,读出等功能,通过微指令和机器指令的编写来实现相应的功能。
3模块设计规格及输入输出端变量说明:
简单cpu模型,通过微指令和机器指令的编写来实现传输、运算和读写
等基本功能。
2)模块原理框图
CPU指令格式:
1.单字节指令:
操作码 OP 4位 目的寄存器 Rd 2位 源寄存器 Rs 2位
操作码 OP 4位 相对转移偏移量,4位补码,含一位符号位
2.双字节指令
操作码 OP 4位 目的寄存器 Rd 2位 2位 立即数字段 8位
举例:LDI操作
3.CPU设计指令集
序号 指令助记符 实现的功能 操作码 指令举例 二进制机器码 1 LDI Rd, data 立即数传输
Rd←data 0000 LDI R2,78H 0000 10 00
0111 1000 2 LD Rd, (Rs) 读内存
Rd←M(Rs) 0001 LD R2, (R1) 0001 10 01 3 STR (Rd),Rs 写内存
M (Rd)←Rs 0010 STR (R2), R1 0010 10 01 4 ADD Rd, Rs 加运算
Rd←Rs+Rd
并设置Cy,Zero标志 0011 ADD R3,R0 0011 11 00 5 AND Rd, Rs 与运算
Rd←Rs Rd
并设置Zero标志 0100 AND R1,R0 0100 01 00 6 MOV Rd, Rs 寄存器传输
Rd←Rs 0101 MOV R1,R2 0101 01 10 7 JP target 相对转移
PC←PC+target 0110 JP -5 0110 1011 JP 6 0110 0110 8 JC target 条件相对转移、有进位时相对转移
如果 Cy= =1’b1,
那么 PC←PC+target,程序实现转移。
否则 不修改PC,程序顺序执行。 0111 JC -5 0111 1011
-5的补码为1011 JC 6 0111 0110
6的补码为0110 9 HLT 停机 1000 HLT 1000 0000
6)具体器件功能描述:
1.总线:
当XXX_B为1时,XXX部件输出到总线上,否则为高阻态。
LDYYY为1时,当T2上升沿到来时,将总线上的数据输入到YYY部件。
2.ALU运算器:
当ALU_B为1时,ALU输出,否则处于高阻态S2、S1、S0控制ALU进行何
种运算,本设计主要有加运算和与运算。
3.寄存器R3~R0:
以R0为例:当R0_B为1时,R0输出,否则处于高阻态。当LDR0为1时,
在时钟上升沿,接收数据。由于主存中方的是RD和RS的值,所以通过程
序解码来选择相应的R寄存器。
4.寄存器PC:
当LDPC为1时,在时钟上升沿,接收数据。当PCINC为1时,在时钟
上升沿,实现PC+1。当PC_B为1时,输出数据。否则高阻态。
5.寄存器IR:
当LDIR为1时,在时钟上升沿接收数据,送入微程序控制器,IR_B为1
时,送数据到数据总线。
6.AR地址寄存器、A、B暂存器:
当LDAR为1时,AR在时钟上升沿接收数据,送入主存;LDA为1时,A暂
存器从主线接收数据,B与A相同。
7.Cy进位标志寄存器:
当做加法指令时,进位保存在Cy中。
8.内存:
CE=1 WE=0:读内存
CE=0 WE=1:写内存。
输入输出变量详述:
1.T1,T2:相反的节拍信号。
2.reset:初始化信号,初始化主存和微存。
3.bus[7:0]:数据总线,用来输入和输出数据。
4.UA[4:0]:微指令的存放地址。
5.XXX_B[2:0]:三位信号,进行译码,选择具体器件,将值送总线。
6.LDYYY[2:0]:三位信号,进行译码后,选择具体器件,总线的值送器件。
7.PC_B,ALU_B,Rs_B,Rd_B,IR_B:信号为1时相应器件的值送总
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