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存储器设计存储器设计.doc
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存储器设计存储器设计
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课 程 设 计 报 告
课程设计名称:计算机组成原理课程设计
课程设计题目:存储器设计
院(系):
专 业:
班 级:
学 号:
姓 名:
指导教师:
完成日期:
-I-
目 录
第 1 章 总体设计方案 ...................................................................................................1
1.1 设计原理 .................................................................................................................1
1.2 设计思路 .................................................................................................................1
1.3 设计环境..................................................................................................................2
第 2 章 详细设计方案 ...................................................................................................5
2.1 顶层方案图的设计与实现 ...................................................................................5
2.1.1 创建顶层图形设计文件 ...................................................................................5
2.1.2 器件的选择与引脚锁定 ...................................................................................5
2.1.3 编译、综合、适配 ...........................................................................................6
2.2 功能模块的设计与实现 .......................................................................................6
2.2.1 RAM256*1 存储器模块的设计与实现...........................................................7
2.2.2 RAM1K*1 存储器模块的设计与实现 ............................................................8
2.2.3 RAM1K*4 存储器模块的设计与实现 ..........................................................10
2.2.4 RAM4K*4 存储器模块的设计与实现 ..........................................................11
2.3 仿真调试 .............................................................................................................13
第 3 章 编程下载与硬件测试.....................................................................................15
3.1 编程下载 .............................................................................................................15
3.2 硬件测试及结果分析 .........................................................................................15
参考文献 .........................................................................................................................18
附录(电路原理图) .....................................................................................................19
-1-
第 1 章 总体设计方案
1.1 设计原理
当一片 RAM(或 ROM)不能满足存储容量位数(或字数)要求时,需要多片存储
芯片进行扩展,形成一个容量更大、字数位数更多的存储器。扩展方法根据需要
有位扩展、字扩展和字位同时扩展 3 种。
(1)位扩展
若一个存储器的字数用一片集成芯片已经够用,而位数不够用,则用“位扩
展”方式将多片该型号集成芯片连接成满足要求的存储器。扩展的方法是将多片
同型号的存储器芯片的地址线、读/写控制线(
WR
)和时钟信号相应连在一起,而
将其数据线分别引出接到存储器的数据总线上。
(2)字扩展
若每一片存储器的数据位数够而字线数不够时,则需要采用“字线扩展”的
方式将多片该种集成芯片连接成满足要求的存储器。扩展的方法是将各个芯片的
数据线、地址线和读写(
WR
)控制线分别接在一起,用译码器和时钟信号选择集
成芯片。
(3)字、位同时扩展
在很多情况下,要组成的存储器比现有的存储芯片的字数、位数都多,需要字
位同时进行扩展。扩展时可以先计算出所需芯片的总数及片内地址线、数据线的
条数,再用前面介绍的方法进行扩展,先进行位扩展,再进行字扩展。
1.2 设计思路
用 1K×4 位的 RAM 集成芯片若干片,构成一个 8k×8 位的 RAM
需要 RAM 的片数=(8k×8 位)/(1k×4 位)=16(片)
因为 1K×4 位的 RAM 容量 1024×8 位,表明片内字数 1024=2
10
,所以地址
线有 10 条,即(A
0
~A
19
),每字 4 位,数据线有 4 条(D
0
~D
3
)。
而存储容量为 8K×8 位的 RAM,即字数 8K=2
13
,所以地址线有 13 条,即
-2-
(A
0
~A
12
),每字 8 位,数据线有 8 条(D
0
~D
7
)。存储器的底层、顶层的设计都采用
原理图设计输入方式,经编译、调试后形成*.bit 文件并下载到 XCV200 可编程逻
辑芯片中,经硬件测试验证设计的正确性。存储器的设计框图如图 1.1 所示。
图 1.1 存储器的设计框图
1.3 设计环境
(1)硬件环境
•伟福 COP2000 型计算机组成原理实验仪
COP2000 计算机组成原理实验系统由实验平台、开关电源、软件三大部分组
成实验平台上有寄存器组 R0-R3、运算单元、累加器 A、暂存器 B、直通/左移/右
移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、
微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展座、总线插
孔区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、20 个按键、字符式 LCD、RS232 口。
COP2000 计算机组成原理实验系统各单元部件都以计算机结构模型布局,清
晰明了,系统在实验时即使不借助 PC 机,也可实时监控数据流状态及正确与否,
实验系统的软硬件对用户的实验设计具有完全的开放特性,系统提供了微程序控
制器和组合逻辑控制器两种控制器方式, 系统还支持手动方式、联机方式、模拟
方式三种工作方式,系统具备完善的寻址方式、指令系统和强大的模拟调试功能。
(2)EDA 环境
•Xilinx foundation f3.1 设计软件
Xilinx foundation f3.1 是 Xilinx 公司的可编程期间开发工具,该平台(如图 1.2
8K×8 位的 RAM 存储器
4K×4 位的 RAM 存储器
1K×4 位的 RAM 存储器
1K×1 位的 RAM 存储器
256×1 位的 RAM 存储器
-3-
所示)功能强大,主要用于百万逻辑门设计。该系统由设计入口工具、设计实现
工具、设计验证工具三大部分组成。
设计入口工具包括原理图编辑器、有限状态机编辑器、硬件描述语言(HDL)
编辑器、LogiBLOX 模块生成器、Xilinx 内核生成器等软件。其功能是:接收各种
图形或文字的设计输入,并最终生成网络表文件。设计实现工具包括流程引擎、
限制编辑器、基片规划器、FPGA 编辑器、FPGA 写入器等软件。设计实现工具用
于将网络表转化为配置比特流,并下载到器件。设计验证工具包括功能和时序仿
真器、静态时序分析器等,可用来对设计中的逻辑关系及输出结果进行检验,并
详尽分析各个时序限制的满足情况。
图 1.2 Xilinx foundation f3.1 设计平台
•COP2000 集成调试软件
COP2000 集成开发环境是为 COP2000 实验仪与 PC 机相连进行高层次实验
的配套软件,它通过实验仪的串行接口和 PC 机的串行接口相连,提供汇编、反
汇编、编辑、修改指令、文件传送、调试 FPGA 实验等功能,该软件在 Windows
下运行。COP2000 集成开发环境界面如图 1.3 所示。
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omyligaga
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