一、 設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)目的： 設(shè)計(jì)一個(gè)含有36條指令的MIPS單周期處理器，并能將指令準(zhǔn)確的執(zhí)行并燒寫到試驗(yàn)箱上來(lái)驗(yàn)證 設(shè)計(jì)初衷 1、理解MIPS指令結(jié)構(gòu)，理解MIPS指令集中常用指令的功能和編碼，學(xué)會(huì)對(duì)這些指令進(jìn)行歸納分類。 2、了解熟悉MIPS體系中的處理器結(jié)構(gòu) 3、熟悉并掌握單周期處理器CPU的原理和設(shè)計(jì) 4、進(jìn)一步加強(qiáng)Verilog語(yǔ)言進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的能力 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、裝有xilinx ISE的計(jì)算機(jī)一臺(tái) 2、LS-CPU-EXB-002教學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái) 三、實(shí)驗(yàn)任務(wù) 1.、學(xué)習(xí) MIPS 指令集，深入理解常用指令的功能和編碼，并進(jìn)行歸納確定處理器各部件的控制碼，比如使用何種 ALU 運(yùn)算，是否寫寄存器堆等。 2、單周期 CPU 是指一條指令的所有操作在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行完。設(shè)計(jì)中所有寄存器和存儲(chǔ)器都是異步讀同步寫的，即讀出數(shù)據(jù)不需要時(shí)鐘控制，但寫入數(shù)據(jù)需時(shí)鐘控制。 故單周期 CPU 的運(yùn)作即：在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，根據(jù) PC 值從指令 ROM 中讀出相應(yīng)的指令，將指令譯碼后從寄存器堆中讀出需要的操作數(shù)，送往 ALU 模塊，ALU 模塊運(yùn)算得到結(jié)果。 如果是 store 指令，則 ALU 運(yùn)算結(jié)果為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地址，就向數(shù)據(jù) RAM 發(fā)出寫請(qǐng)求，在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿真正寫入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 如果是 load 指令，則 ALU 運(yùn)算結(jié)果為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地址，根據(jù)該值從數(shù)據(jù)存 RAM 中讀出數(shù)據(jù)，送往寄存器堆根據(jù)目的寄存器發(fā)出寫請(qǐng)求，在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿真正寫入到寄存器堆中。 如果非 load/store 操作，若有寫寄存器堆的操作，則直接將 ALU 運(yùn)算結(jié)果送往寄存器堆根據(jù)目的寄存器發(fā)出寫請(qǐng)求，在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿真正寫入到寄存器堆中。 如果是分支跳轉(zhuǎn)指令，則是需要將結(jié)果寫入到 pc 寄存器中的。