计算机组成原理-实验七-取指令与指令译码实验

一、实验要求

1）在Vivado中使用Memory IP核生成一个只读存储器Inst_ROM，作为指令存储器，并关联一个实验六所生成的*.coe文件。

2）编程实验取指令模块，调用Inst_ROM指令存储器模块。

3）编写一个实验验证的顶层模块。

二、配置IP核：

不多说，直接上图

三、实验代码

模块结构图

取指令模块

`timescale 1ns / 1ps
//取指令模块
module Get_Inst(
    clk,clr,
    Inst_code,PC,PC_new,
    op_code,rs_addr,rt_addr,rd_addr,shamt,func
    );
    input clk;//时钟
    input clr;//清零
    
    output reg [31:0]PC;//地址
    output [31:0]PC_new;
    output [31:0]Inst_code;//取出的指令
    output [5:0]op_code,func;//指令分段
    output [4:0]rs_addr,rt_addr,rd_addr,shamt;//指令分段
    
    assign PC_new = PC+4;//组合逻辑电路，不需要时钟控制
    always @(negedge clk) 
    begin
        if(clr) PC<=32'h00000000;//清零
        PC = PC_new;//下降沿的时候，把PC_new赋值给PC
    end
    
    //实例化模块
    Inst_Rom Inst_Rom(
        .clka(clk),
        .addra(PC),
        .douta(Inst_code)
    );
    
    //指令分段
    assign op_code = Inst_code[31:26];
    assign rs_addr = Inst_code[25:21];
    assign rt_addr = Inst_code[20:16];
    assign rd_addr = Inst_code[15:11];
    assign shamt = Inst_code[10:6];
    assign func = Inst_code[5:0];
endmodule

顶层测试模块

`timescale 1ns / 1ps
//顶层测试模块
module Test();
    reg clk,clr;
    wire [31:0]PC,PC_new;//地址
    wire [31:0]Inst_code;
    wire [5:0]op_code;//指令分段
    wire [4:0]rs_addr,rt_addr,rd_addr,shamt;//指令分段
    wire [5:0]func;
    
    always #50 clk = ~clk;
    initial 
    begin
        clk = 1'b0;clr = 1'b1;#25;
        clr = 1'b0;
    end
    
    //实例化模块
    Get_Inst Get_Inst(
        clk,clr,
        Inst_code,PC,PC_new,
        op_code,rs_addr,rt_addr,rd_addr,shamt,func
        );
endmodule

四、实验验证

仿真波形图：

电路图：

电路图比波形图更加直观。可以看到PC是经过+4之后，放在PC_reg里面。PC_reg通过时钟控制，赋值给PC并且把值送入Inst_Rom里面。Inst_Rom取出指令后进行操作码分段。

五、心得体会

   配置IP核在实验六做过了，实验七难度不大，需要仔细思考的是PC_new和PC的处理。