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17373176-叶静波-CPU单周期设计文档(Verilog)1
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表 1-IFU端口定义序号定义描述1inputCLK时钟信号,下一个时钟上升沿来到PC寄存器存入当前PC2RESET复位信号,当复位信号有效时,PC被设置为0x
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CPU 单周期设计文档
目录
一、 模块设计.......................................................1
1.IFU ...........................................................1
2.GRF ...........................................................2
3.ALU ...........................................................2
4.DM ............................................................3
5.EXT ...........................................................4
6.顶层模块(mips) ..............................................4
二、 控制器设计.....................................................4
三、测试代码........................................................6
CPU-text-1: .....................................................6
CPU-text-2: .....................................................7
CPU-text-3: .....................................................8
四、思考题..........................................................8
第 1 页
一、模块设计
1.IFU
IFU 内部包括 PC、IM(指令存储器)、Adder、选择器和 beq 跳转值作为输入。
PC 用寄存器实现,具有复位功能且有时钟信号。起始地址:0x00003000。IM
用 ROM 实现。IM 的实际地址宽度 10 位与 PC 中 2-11 位相接,ROM 输出 Instr
为指令编码,选择器的选择信号为 beq 跳转信号,即当指令为 beq 且置零端为真
时选择信号为 1。添加了 J,Jal,Jr 指令,分别有 jump(1bit),jr(1bit),ra(32bit),index(26)
输出端口,还外输出 PC+4 的值。IFU 里调用了一个 ROM 块,ROM 采用
readmemh 函数读取指令码。
表 1-IFU 端口定义
序号
定义
描述
1
CLK
时钟信号,下一个时钟上升沿来到 PC 寄存器存入当前 PC
2
RESET
复位信号,当复位信号有效时,PC 被设置为 0x00003000
3
beq
32 位,指令中立即数 imm 移位且符号扩展后的值
4
input
Zero
多路选择器选择信号,当为 beq 指令且 ALU 置零端为真时为 1
5
output
Instr
输出对应 PC 的指令码
新增
定义
描述
1
jump
1bit,为 1 时跳转到 PC[31...28] || instr_index(指令码后 26 位) ||
00
2
ra
32 位$ra 的值($31=PC+4)
3
jr
1bit,为 1 时跳转至$ra($31)保存的地址
4
input
index
instr_index(指令码后 26 位)
5
output
PC_
PC+4 的值,32bit
第 2 页
图 1-IFU 模块图
2.GRF
用具有写使能和复位信号的寄存器实现,寄存器总数为 32 个,第一个寄存
器值始终为 0x00000000,其他寄存器默认为 0x00000000。输入端有三个地址,
一个数据输入,两个数据输出。增加一个输入端口 PC,用于接收来自 IFU 的 PC
的值。
表 2-GRF 端口定义
序号
定义
描述
1
CLK
时钟信号,下一个时钟上升沿来临且写入信号有效写入数据
2
RESET
复位信号,当复位信号有效时,寄存器被清零
3
WE
写入寄存器使能信号
4
A1
Rs 寄存器地址 5bit
5
A2
Rt 寄存器地址 5bit
6
WA
Rt 或 Rd 寄存器地址 5bit
7
WD
需要写入寄存器的值
8
input
PC
接收来自 IFU 的当前 PC 值
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