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文檔簡介
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
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