verilog实现流水线cpu实验报告

《verilog实现流水线cpu实验报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划verilog实现流水线cpu实验报告　　一、实验目的　　1.　　2.　　3.　　4.了解提高CPU性能的方法。掌握流水线MIPS微处理器的工作原理。理解数据冒险、控制冒险的概念以及流水线冲突的解决方法。掌握流水线MIPS微处理器的测试方法。　　二、实验任务　　设计一个32位流水线MIPS微处理器，具体要求如下：　　1.至少运行下列MIPS32指令。　　算术运算指令：ADD、ADDU、SUB、S

2、UBU、ADDI、ADDIU。　　逻辑运算指令：AND、OR、NOR、XOR、ANDI、ORI、XORI、SLT、SLTU、　　SLTI、SLTIU。　　移位指令：SLL、SLLV、SRL、SRLV、SRA。　　条件分支指令：BEQ、BNE、BGEZ、BGTZ、BLEZ、BLTZ。　　无条件跳转指令：J、JR。　　数据传送指令：LW、SW。　　空指令：NOP。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发

3、展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划verilog实现流水线cpu实验报告　　一、实验目的　　1.　　2.　　3.　　4.了解提高CPU性能的方法。掌握流水线MIPS微处理器的工作原理。理解数据冒险、控制冒险的概念以及流水线冲突的解决方法。掌握流水线MIPS微处理器的测试方法。　　二、实验任务　　设计一个32位流水线MIPS微处理器，具体要求如下：　　1.至少运行下列MIPS32指令。　　算术运算指令：ADD、ADDU、SUB、SUBU、ADDI、AD

4、DIU。　　逻辑运算指令：AND、OR、NOR、XOR、ANDI、ORI、XORI、SLT、SLTU、　　SLTI、SLTIU。　　移位指令：SLL、SLLV、SRL、SRLV、SRA。　　条件分支指令：BEQ、BNE、BGEZ、BGTZ、BLEZ、BLTZ。　　无条件跳转指令：J、JR。　　数据传送指令：LW、SW。　　空指令：NOP。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项

5、目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　2.采用5级流水线技术，对数据冒险实现转发或阻塞功能。　　3.在XUPVirtex-ⅡPro开发系统中实现MIPS微处理器，要求CPU的运行速度大于　　25MHz。　　三、实验原理　　1.总体设计　　流水线是数字系统中一种提高系统稳定性和工作速度的方法，广泛应用于高档CPU的架构中。根据MIPS处理器的特点，将整体的处理过程分为取指令、指令译码、执行、存储器访问和寄存器会写五级，对应多周期的五个处理阶段。如图所示，一个指令的执行需要5

6、个时钟周期，每个时钟周期的上升沿来临时，此指令所代表的一系列数据和控制信息将转移到下一级处理。　　图流水线流水作业示意图　　由于在流水线中，数据和控制信息将在时钟周期的上升沿转移到下一级，所以规定流水线转移变量命名遵守如下格式：　　名称_流水线级名称　　例如：在ID级指令译码电路产生的寄存器写允许信号RegWrite在ID级、目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺

7、利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　EX级、MEM级和WB级上的命名分别为RegWrite_id、RegWrite_ex、RegWrite_mem和RegWrite_wb。在顶层文件中，类似的变量名称有近百个，这样的命名方式起到了很好的识别作用。　　1）流水线中的控制信号　　IF级：取指令级。从ROM中读取指令，并在下一个时钟沿到来时把指令送到ID级的指令缓冲器中。该级控制信号决定下一个指令指针的PCSource信号、阻塞流水线的PC_IFwrite信号、清空流水线的IF_flus

8、h信号。　　ID级：指令译码器。对IF级来的指令进行译码，并产生相应的控制信号。整个CPU的控制信号基本都是在这级上产生。该级自身不需任何控制信号。　　流水线冒险检测也在该级进行，冒险检测电路需要上一条指令的MemRead，即在检测到冒险条件成立时，冒险检测电路产生stall信号清空ID/EX寄存器，插入一个流水线气泡。　　EX级：执行级。该级进行算术或逻辑操作。此外LW、SW指令所用的RAM访问地址也是在本级上实现。控制信号