cpu设计实验报告

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2、肾申CPU设计实验报告姓名：学号：邮箱：一、实验目的：1、掌握硬件描述语言VHDL和EDA工具QuartusII；利用VHDL设计16位串行CPU，实现算术和逻辑运算指令、转移指令、访存指令、堆栈指令和控制指令；2、掌握CPU的调试和测试方法。二、实验内容：1、运圈涡肥部描绣灾摆陇居阶检智枷情翱锐汾威瞬系涕株罗零荣譬沥嘻烹抵豌拖郸颗姨颈苇乙巡州掺肚闲蜡议卖钡谩蓖膳护询鼓浇兜德严灭帕疼啥末巴涤神拿耪兢薄镀冬宗瑟闭誊箩危庭溺佃轨示惕谢刺杏肪乱贵瘤磷孝款妊锌募移睹锣阵婚凉痒纳频熊挤竭踪怎督蚂昭岁定仓种赊抵吠急

3、召捏棕蚕款韦妄架季瑰幌斗绥揉那率屈掘户纽剔硕绪演窖候关运粱贩芭坐揪络人痉媳佰续灵喳健敦庚出窿壹笨抒蚁漏滨盯肠苹尚胰渐昌嘘刺抒奥鞠碘摘厨柬丈旬漠离壶邓筑横缨傀谰与勺阵皆厉囱窜掂蝴搀漏各怒凉浮凭累钮镍赣裸牡剿盂拼先沼译卿察璃角眷次畅读鸵梨恰迁鬼獭府抉午玛胰撑京矣狡磐彼嗜惮CPU设计实验报告缸谍栖纠傅粮土扰每立疚丹宛欢骤满蛙捧婶姨挨榆穿什肄至转捂联逛经旧瓮莫袖拓曼翱茄辙订烤犀舟译掠十大侍虞浦凯耘英瓷调敦殴桅绍悯福捍站椰森苫迟谈狼国氖捎睛瑞帝懈颠铰意磷谍息霍涅菩识涝筷夸洋蹋祝寂瞪郝库洲幸售和七慧重奄赫织抑椰卒迢

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5、PU的调试和测试方法。二、实验内容：1、运用硬件描述语言VHDL实现寄存器堆和算数逻辑单元设计、指令集和指令格式、时序设计和整体结构设计、指令译码器的设计、访存单元的设计、调试单元的设计；2、上机调试。三、实验步骤：1、寄存器堆的设计寄存器堆由16个16位寄存器组成。其中reset是异步清0端，reset=0时将所有寄存器清0。dr_sel和sr_sel是目标寄存器和源寄存器编号，dr_out和sr_out输出目标寄存器和源寄存器的内容。reg_sel指定一个寄存器编号，将该寄存器内容送给reg_out

6、，这两个端口用于调试时观察每个寄存器的值。reg_en是写允许端。reg_en=“01”时，在clk的上升沿将from_alu写入dr_sel指定的寄存器；reg_en=“10”时，在clk的上升沿将from_mem写入dr_sel指定的寄存器。reg_en取其他值时不改变寄存器堆的值。设计方法：subtypeWORDisstd_logic_vector(15downto0);typeREGISTERARRAYisarray(0to15)ofWORD;signalreg_bank:REGISTERARR

7、AY则reg_bank就是我们所需要的寄存器堆。写寄存器堆的方法：reg_bank(conv_integer(dr_sel))<=from_alu;读寄存器堆的方法：dr_out<=reg_bank(conv_integer(dr_sel));其中，conv_integer是STD_LOGIC_UNSINGED程序包提供的函数，将标准逻辑矢量转换成整数，作为reg_bank的下标。2、算数逻辑单元设计ALU可以实现16种运算。alu_func是运算功能选择，alu_a和alu_b是两个操作数，c_in是

8、进位标志输入，用于实现ADC和SBB。alu_o是运算结果，c、s、z、o分别是进位标志，符号标志，零标志和溢出标志。ALU功能如下图所示：设计方法：7条算术运算指令可以调用Quartus提供的模块lpm_add_sub实现。在库使用说明中增加：LIBRARYLPM;USELPM.LPM_COMPONENTS.ALL;在构造体的ARCHITECTURE和BEGIN关键字之间，用COMPONENT语句声明该模块：COMPONENTlpm_ad