VHDL与数字系统课程设计(简单处理器设计).doc

课程设计报告 实践课题： VHDL与数字系统课程设计 学 生： XXX 指导老师： XXX、XXX 系 别： 电子信息与电气工程系 专 业： 电子科学与技术 班 级： XXX 学 号： XXX 一、设计任务 用VHDL设计一个简单的处理器，并完成相关的仿真测试。 .设计要求： 图1是一个处理器的原理图，它包含了一定数量的寄存器、一个复用器、一个加法/减法器（Addsub）,一个计数器和一个控制单元。 图1 简单处理器的电路图 数据传输实现过程：16位数据从DIN输入到系统中，可以通过复用器分配给R0~R7和A，复用器也允许数据从一个寄存器传通过Bus送到另外一个寄存器。 加法和减法的实现过程：复用器先将一个数据通过总线放到寄存器A中，然后将另一个数据放到总线上，加法/减法器对这两个数据进行运算，运算结果存入寄存器G中，G中的数据又可根据要求通过复用器转存到其他寄存器中。 下表是该处理所支持的指令。 操作 功能 mv Rx, Ry mvi Rx, #D add Rx, Ry sub Rx, Ry Rx ← [Ry] Rx ← Data Rx ← [Rx] + [Ry] Rx ← [Rx] - [Ry] Rx ← [Ry] :将寄存器Ry中的内容复制到Rx； Mvi Rx，#D ：将立即数存入寄存器Rx中去。 所有指令都按9位编码（取自DIN的高9位）存储在指令存储器IR中，编编码规则为IIIXXXYYY，III表示指令，XXX表示Rx寄存器，YYY表示Ry寄存器。立即数#D是在mvi指令存储到IR中之后，通过16位DIN输入的。 有一些指令，如加法指令和减法指令，需要在总线上多次传输数据，因此需要多个时钟周期才能完成。控制单元使用了一个两位计数器来区分这些指令执行的每一个阶段。当Run信号置位时，处理器开始执行DIN输入指令。当指令执行结束后，Done信号置位，下表列出四个指令在执行过程中每一个时间段置位的控制信号。 时间 指令 T0 T1 T2 T3 (mv):I0 (mvi):I1 (add):I2 (sub):I3 IRin IRin IRin IRin RYout,RXin,Done DINout,RXin,Done RXout,Ain RXout,Ain ---- ---- RYout,Gin,Addsub RYout,Gin,Addsub ---- ---- Gout,RXin,Done Gout,RXin,Done 二、实现功能说明 2.1 mv Rx,Ry 实现的功能：将寄存器Rx的值赋给寄存器Ry（以mv R0, R5为例） （1 ）计数器为“00”时,指令寄存器的置位控制信号输入端IRin=1有效，将DIN输入的数据的高9位锁存。置位的控制信号如图3加粗黑线所示。 图3 （2）计数器为“01”时,首先控制单元根据设计器为“00”时输入的指令，向复用器发出选通控制信号，复用器根据该控制信号让R5的值输出到总线上，然后控制单元控制寄存器R0将总线上的值锁存，完成整个寄存器对寄存器的赋值过程。置位的控制信号和数据流如图4加粗黑线所示。 图4 2.2 mvi Rx,#D 实现的功能：将的立即数#D赋给寄存器Rx（以mv R0, #D为例） （1）计数器为“00”时,指令寄存器的置位控制信号输入端IRin=1有效，将DIN输入的数据的高9位锁存。置位的控制信号如图5加粗黑线所示。 图5 （2）计数器为“01”时,首先控制单元根据设计器为“00”时输入的指令，向复用器发出选通控制信号，复用器根据该控制信号让DIN的值输出到总线上，然后控制单元控制寄存器R0将总线上的值锁存，完成整个立即数对寄存器的赋值过程。置位的控制信号和数据流如图6加粗黑线所示。 图6 2.3 add Rx,Ry和sub Rx,Ry 实现的功能：将寄存器Ry的值加上/减去寄存器Rx的值并赋给寄存器Rx（以add/sub R0,R1为例）。 （1）计数器为“00”时,指令寄存器的置位控制信号输入端IRin=1有效，将DIN输入的数据的高9位锁存。置位的控制信号如图7加粗黑线所示。 图7 （2）计数器为“01”时,首先控制单元根据设计器为“00”时输入的指令，向复用器发出选通控制信号，复用器根据该控制信号让R0的值输出到总线上，然后控制单元控制寄存器A将总线上的值锁存。置位的控制信号和数据流如图8加粗黑