湘潭大學計算機原理實驗三多周期MIPSCPU的控制部件預習報告

1、實驗三 多周期MIPS CPU的控制部件實驗用有限狀態(tài)機實現(xiàn)多周期CPU的控制部件一實驗目的1、了解MIPSCPU控制器的功能和工作原理；2、掌握用有限狀態(tài)機技術(shù)實現(xiàn)多周期控制器的方法；3、熟練掌握用Verilog HDL語言設(shè)計多周期控制器的方法；4、熟練掌握對多周期控制器的仿真實驗驗證和硬件測試兩種調(diào)試方法；5、掌握向MIPS-CPU頂層數(shù)據(jù)通路中增加控制單元的方法，并通過仿真驗證和硬件測試兩種方法對電路進行故障定位的調(diào)試技術(shù)。二實驗內(nèi)容（1）MIPSCPU控制器的有限狀態(tài)機設(shè)計，根據(jù)MIPSCPU各種類型指令執(zhí)行要求和有限狀態(tài)機的設(shè)計原理，將多周期控制器的指令執(zhí)行劃分為多個狀態(tài)，確定每一

2、種指令的有限狀態(tài)機，最后歸納為完整的多周期控制器有限狀態(tài)機。通過Verilog HDL語言實現(xiàn)多周期控制器有限狀態(tài)機。（2）根據(jù)MIPSCPU控制器的接口要求，在有限狀態(tài)機的基礎(chǔ)上，用Verilog HDL實現(xiàn)完整的MIPSCPU控制器的設(shè)計，并根據(jù)仿真波形，驗證設(shè)計的正確性，并對出現(xiàn)的故障進行定位，修改程序，重新編譯；（3）設(shè)計控制器的硬件下載測試方案。將編譯通過的電路下載到實驗臺中。根據(jù)硬件調(diào)試結(jié)果驗證設(shè)計的正確性，并對出現(xiàn)的故障進行定位，修改程序重新編譯；最終完成控制器的硬件電路設(shè)計；（4）在MIPSCPU指令系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路基礎(chǔ)上，增加控制單元電路，并進行編譯，仿真波形和調(diào)試。根據(jù)仿真波

3、形，驗證設(shè)計的正確性，并對出現(xiàn)的故障進行定位，修改程序，重新編譯；（5）對增加了控制單元的頂層數(shù)據(jù)通路設(shè)計硬件下載測試方案。將編譯通過的電路下載到實驗臺中。根據(jù)硬件調(diào)試結(jié)果驗證設(shè)計的正確性，并對出現(xiàn)的故障進行定位，修改程序，重新編譯；最終完成增加了控制單元的頂層數(shù)據(jù)通路設(shè)計。三實驗原理與步驟1.把指令執(zhí)行分成多個階段，每個階段在一個時鐘周期內(nèi)完成（1）.時鐘周期以最復雜階段所花時間為準（2）.盡量分成大致相等的若干階段（3）.每個階段內(nèi)最多只能完成：1次訪存 或 1次寄存器堆讀/寫 或 1次ALU2.每步都設(shè)置相應的存儲元件，執(zhí)行結(jié)果都在下個時鐘開始保存到相應單元3.認真閱讀書上的控制部件代碼

4、后，將其按照電路圖進行拆分，拆分為三個部件，并在頂層模塊中連接線路。四實驗源代碼D觸發(fā)器源代碼：下一狀態(tài)部件源代碼：輸出函數(shù)部件源代碼：五EDA階段的實驗結(jié)果（ “編譯”、 “仿真” 等）仿真結(jié)果如上圖。六測試時的電路總體結(jié)構(gòu)及其說明多周期CPU控制部件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖多周期CPU控制部件的電路結(jié)構(gòu)圖實驗電路圖七測試計劃（包括計劃進行的系統(tǒng)測試、每一測試的測試過程、測試所需的測試數(shù)據(jù)、預期結(jié)果數(shù)據(jù)等）及其相關(guān)說明下一狀態(tài)函數(shù)的真值表輸入輸出op5:0func5:0狀態(tài)指令ZwpcPcsource1:0wiriordwmemaluc3:0selpcshiftalusrcb1:0sextwregm2regregrtjalsifxX0sidi_jX0i_jalX0i_jrX0i-othersX0sexei_addX0xx0x0X0000000x0xx0i_subX0i_andX0i_orX0i_xorX0i_sllX0i_srlX0i_sraX0i_addiX0i_andiX0i_oriX0i_xoriX0i_lwX0i_swX0i_beq0010i_bne0010i_luiX0smemi_lwX0i_swX0swbr_typeX0i_addiX0i_oriX0i_luiX0i_lwX0八關(guān)于實驗電路設(shè)計的其他說明q值暫未進行輸出。九