31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(二)总体设计

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31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(一)相关软件

31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(二)总体设计

31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(三)指令分析                       （重要）

31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(四)数据输入输出关系表     （重要）

31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(五)整体数据通路图设计     （重要）

31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(六)指令操作时间表设计     （重要）

31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(七)整体代码结构                （重要）

31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(八)上代码→指令译码以及控制器（不重要）

31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(九)上代码→基本模块                  （不重要）

31条指令单周期cpu设计(Verilog)-(十)上代码→顶层模块设计&总结

• 说在前面

开发环境：Vivado

语言：Verilog

cpu框架：Mips

控制器：组合逻辑

单周期处理器是指所有的指令在一个时钟周期内完成的处理器，尽管不同指令执行时间不同，但对单周期处理器而言，时钟周期必须设计成对所有指令都等长。在单周期处理器中，一条指令执行过程中数据通路的任何资源都不能被重复使用，因此，任何需要被多次使用的资源（如加法器）都需要设置多个，否则就会发生资源冲突。

• 总体设计

常规套路是从简单的八条指令cpu讲起，然后自己去扩展，31条指令cpu按照八条的那个流程来，无非是工作量大了点，网上八条指令cpu的教程也挺多的。

 

指令介绍

cpu的理论知识就不再多讲了，首先来看看我们要实现的31条指令。

 

这些指令的详细介绍mips官方有给出：

mips指令集

在这部分（这个pdf带跳转功能的）

 

在实现过程中，这31条指令看起来挺多，但是实际上部分指令的数据通路几乎一样，比如add---nor这几个，一定程度上减少了工作量。

注意：这里面比较难的几条指令是lw，sw，jal

 

设计流程

 

1. 确定各条指令所需要的部件
2. 确定各条指令中各个部件的输入输出关系
3. 确定数据通路总图
4. 根据各条指令所需要的部件以及总通路图，确定指令操作时间表（真值表）
5. 根据指令操作时间表，设计控制器
6. 根据总通路图以及指令操作时间表，码代码去，编写Verilog代码

 

先放张总图压压

 

1. PC存放指令地址（通过pc+4来读取下一条指令）
2. （ram1）IMEM存放指令集
3. 根据指令地址从IMEM中取出对应指令
4. 指令读取出来后送入指令译码器（具体是哪一条指令）
5. 译码后将结果送入控制器，将该条指令相关部件的控制信号置为1（激活），使得cpu中该条指令的数据通路激活，进而执行此指令
6. pc+4获取下一条指令，循环操作

以上就是cpu的具体执行过程了，看起来还是挺简单的嘛。

 

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 以上就是这节的内容了，下一节将具体介绍各条指令各个部件。