微控制器设计方案.doc
文本预览下载声明
微控制器设计方案
第一部分 功能描述
所有的MIPS指令都是32位，支持多种指令，主要有以下几种：
·数据加载和存储指令：lw、sw指令
·跳转指令：beq条件跳转和j、jr、jl跳转
·算数逻辑运算：add、sub、and、or、slt
具体有三种格式：
处理器有32个32位寄存器，并且为了测试和运行方便，配备了一个32字的指令存储器，和一个32字的数据存储器（地址0x0000_0000~0x0000_001f）。还备有UART串口，并且与数据存储器共同编址（0x8000_0000~0x8000_0008）。
第二部分 设计方案
1、设计策略
采用分治：将一个难以直接解决的大问题，分割成一些规模较小的相同问题，以便各
个击破，分而治之。
本实验中，我们将整个数据通路化分成多个模块：寄存器堆、取指部件、扩展器、二选一数据选择器、算术逻辑单元、数据存储器等，分别设计及实现，然后再整体进行逻辑控制，最终实现单周期数据通路。
2、设计思路
建立数据通路：
按照图1设计能够实现R型，lw/sw型和跳转型指令的mips处理器整体数据通路图
数据通路必须具备必要的存储元件，可能需要多个，同时数据通路必要的元件可能需要多个。
选择一组数据通路部件
根据需求，组装数据通路
分析每条指令的实现，以确定如何设置影响寄存器传输的控制点
装配控制逻辑
3．数据通路图
图1 数据通路图
第三部分 单周期MIPS分析与设计
ALU：算术逻辑运算单元，有2个32位输入和1个32位输出，还有一个零标志位。有3个控制输入，而八种可能的输入组合中只有5种可能出现。
对于取字和存储指令，ALU用于计算存储地址；
对于R型指令， 根据指令的低6位功能字段的内容， ALU执行5中操作中的一种。
对于相等分支指令，ALU执行剑法操作。
实现代码：
always @ (ctrl or in1 or in2)
begin
if(in1==in2) zero=1;
else zero=0;
case (ctrl)
3b010: ALU_out=in1+in2;
3b110: ALU_out=in1-in2;
3b000: ALU_out=in1 in2;
3b001: ALU_out=in1 | in2;
3b111: if (in1in2)
ALU_out=1;
else
ALU_out=0;
default: ALU_out=0;
endcase
end
ALU控制的代码实现：
module ALU_ctrl(
input [1:0] ALUOp,
input [5:0] funct,
output reg [2:0] ALU_ctrl
);
always @ (ALUOp or funct)
begin
case (ALUOp)
2b00: ALU_ctrl=3b010;
2b01: ALU_ctrl=3b110;
2b10: begin
case (funct)
6b100000: ALU_ctrl=3b010;
6b100010: ALU_ctrl=3b110;
6b100100: ALU_ctrl=3b000;
6b100101: ALU_ctrl=3b001;
6b101010: ALU_ctrl=3b111;
default: ALU_ctrl=0;
endcase
end
endcase
end
endmodule
数据存储单元：是一个状态单元，有读写控制信号、地址和数据端口。两个输入是地址和所写数据，一个输出位为出内容，读写控制信号是独立的，任意始终只能激活一个。存数指令，要从寄存器堆中读出要存的数据；取数指令，则要将刚从存储器中取出的数放入寄存器堆中指定寄存器中。
实现代码：
begin
case ({ctrl_write,ctrl_read})
2b01: out=mem[addr];
2b10: mem[addr]=data;
default: $display(error);
endcase
end
MUX:二选一数据选择器,通过控制信号的值来选择输出。
实现代码：
always @ (*)
if(ctrl==0) out=in0;
else out=in1;
寄存器堆：
实现代码：
always @ (in1 or in2
显示全部