一、 设计目标
设计目的:
设计一个含有36条指令的MIPS单周期处理器,并能将指令准确的执行并烧写到试验箱上来验证
设计初衷
1、理解MIPS指令结构,理解MIPS指令集中常用指令的功能和编码,学会对这些指令进行归纳分类。
2、了解熟悉MIPS体系中的处理器结构
3、熟悉并掌握单周期处理器CPU的原理和设计
4、进一步加强Verilog语言进行电路设计的能力
二、实验设备
1、装有xilinx ISE的计算机一台
2、LS-CPU-EXB-002教学系统实验箱一台
三、实验任务
1.、学习 MIPS 指令集,深入理解常用指令的功能和编码,并进行归纳确定处理器各部件的控制码,比如使用何种 ALU 运算,是否写寄存器堆等。
2、单周期 CPU 是指一条指令的所有操作在一个时钟周期内执行完。设计中所有寄存器和存储器都是异步读同步写的,即读出数据不需要时钟控制,但写入数据需时钟控制。
故单周期 CPU 的运作即:在一个时钟周期内,根据 PC 值从指令 ROM 中读出相应的指令,将指令译码后从寄存器堆中读出需要的操作数,送往 ALU 模块,ALU 模块运算得到结果。
如果是 store 指令,则 ALU 运算结果为数据存储的地址,就向数据 RAM 发出写请求,在下一个时钟上升沿真正写入到数据存储器。
如果是 load 指令,则 ALU 运算结果为数据存储的地址,根据该值从数据存 RAM 中读出数据,送往寄存器堆根据目的寄存器发出写请求,在下一个时钟上升沿真正写入到寄存器堆中。
如果非 load/store 操作,若有写寄存器堆的操作,则直接将 ALU 运算结果送往寄存器堆根据目的寄存器发出写请求,在下一个时钟上升沿真正写入到寄存器堆中。
如果是分支跳转指令,则是需要将结果写入到 pc 寄存器中的。
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