控制信号发生器的功能为根据特定的指令,发出对应的控制信号,使各组件配合完成指令的执行。
共20个输入端口,除16个指令信号外,还有z,c两个状态信号(通过状态寄存器传入),ir为指令编码(这里仍然需要指令编码是因为ALU的sel控制信号是指令编码前4位),sm信号的作用是控制指令执行的时间。
共19个输出端口,18个控制信号如上表,多出的一个sm_en信号是执行HALT指令所需要的。sm控制指令执行的周期,sm=1时执行指令,sm=0时读取指令,当sm_en=1时,sm在0和1之间翻转,重复读取指令执行指令的过程。HALT指令执行后,不再执行之后的指令,因此需要使sm_en=0,让sm不再翻转,保持为1,即一直执行HALT指令。
只需要关注控制信号在哪些指令有效即可,无效不需要关注,使用always语句赋值,考虑信号为1的情况。
寄存器组共有三个寄存器,分别为A,B,C。
MOVA
MOVA指令的功能为将源寄存器的数据移送至目的寄存器,关注通用寄存器组,ALU和移位逻辑构成的通路。
通用寄存器组:需要写入数据,we=0(低电平有效)
ALU:不需要运算,m,cf_en,zf_en都无效为0
移位逻辑:不需要移位,flbus,frbus无效为0,数据直接通过,fbus=1
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:不需要读写,DL,XL都无效为0
指令计数器无操作,选择器值不影响指令执行
MOVB
MOVB指令的功能为将源寄存器的数据移送至RAM,数据在RAM中的地址为寄存器C中的数据。
通用寄存器组:不需要写入数据,we无效为1(低电平有效)
ALU:不需要运算,m,cf_en,zf_en都无效为0
移位逻辑:不需要移位,flbus,frbus无效为0,数据直接通过,fbus=1
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:需要写,DL无效为0,XL=1
指令计数器无操作
选择器要接收寄存器C的数据作为一个存储器地址,从总线上取得的寄存器数据要存放在这个地址,因此MADD=10,接收D口传输的数据
MOVC
MOVC指令的功能为将RAM的数据移送至目的寄存器,数据在RAM中的地址为寄存器C中的数据。
通用寄存器组:需要写入数据,we=0(低电平有效)
ALU:不需要运算,m,cf_en,zf_en都无效为0
移位逻辑:不需要移位,也不需要且不能有数据通过(总线上只能有RAM传输的数据,不能冲突),flbus,frbus,fbus无效为0
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:需要读,XL无效为0,DL=1
指令计数器无操作
选择器要接收寄存器C的数据作为一个存储器地址,要读出RAM这个地址的数据传给寄存器,因此MADD=01,接收S口传输的数据
ADD
通用寄存器组:需要写入数据,we=0(低电平有效)
ALU:运算,m=1,cf_en=1,zf_en=1
移位逻辑:不需要移位,flbus,frbus,无效为0,fbus=1
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:不需要读写,XL,DL无效为0
指令计数器无操作,选择器值不影响指令执行
SUB
通用寄存器组:需要写入数据,we=0(低电平有效)
ALU:运算,m=1,cf_en=1,zf_en=1
移位逻辑:不需要移位,flbus,frbus,无效为0,fbus=1
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:不需要读写,XL,DL无效为0
指令计数器无操作,选择器值不影响指令执行
AND
通用寄存器组:需要写入数据,we=0(低电平有效)
ALU:运算,m=1,cf_en无效为0,zf_en无效为0
移位逻辑:不需要移位,flbus,frbus,无效为0,fbus=1
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:不需要读写,XL,DL无效为0
指令计数器无操作,选择器值不影响指令执行
NOT
通用寄存器组:需要写入数据,we=0(低电平有效)
ALU:运算,m=1,cf_en无效为0,zf_en无效为0
移位逻辑:不需要移位,flbus,frbus,无效为0,fbus=1
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:不需要读写,XL,DL无效为0
指令计数器无操作,选择器值不影响指令执行
RSR
通用寄存器组:需要写入数据,we=0(低电平有效)
ALU:运算,m=1,cf_en=1,zf_en无效为0
移位逻辑:需要移位,frbus=1,fbus,flbus无效为0
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:不需要读写,XL,DL无效为0
指令计数器无操作,选择器值不影响指令执行
RSL
通用寄存器组:需要写入数据,we=0(低电平有效)
ALU:运算,m=1,cf_en=1,zf_en无效为0
移位逻辑:需要移位,flbus=1,fbus,frbus无效为0
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:不需要读写,XL,DL无效为0
指令计数器无操作,选择器值不影响指令执行
JMP
通用寄存器组:不需要写入数据,we=1(低电平有效)
ALU:不运算,m,cf_en,zf_en无效为0
移位逻辑:不需要移位,flbus,fbus,frbus无效为0
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:需要读,XL无效为0,DL=1
指令计数器:读取总线上的指令地址,pc_ld=1,pc_in无效为0
选择器选择PC的数据:MADD=00
JZ/JC(Z=1/C=1时如下执行,否则不执行)
通用寄存器组:不需要写入数据,we=1(低电平有效)
ALU:不运算,m,cf_en,zf_en无效为0
移位逻辑:不需要移位,flbus,fbus,frbus无效为0
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:需要读,XL无效为0,DL=1
指令计数器:读取总线上的指令地址,pc_ld=1,pc_in无效为0
选择器选择PC的数据:MADD=00
IN
通用寄存器组:需要写入数据,we=0(低电平有效)
ALU:不运算,m,cf_en,zf_en无效为0
移位逻辑:不需要移位,flbus,fbus,frbus无效为0
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:不需要读写,XL,DL无效为0
指令计数器无操作,选择器值不影响指令执行
in_en=1
OUT
通用寄存器组:不需要写入数据,we=1(低电平有效)
ALU:不运算,m,cf_en,zf_en无效为0
移位逻辑:不需要移位,flbus,frbus无效为0,fbus=1
指令寄存器:不需要读指令,ir_ld无效为0
RAM:不需要读写,XL,DL无效为0
指令计数器无操作,选择器值不影响指令执行
out_en=1
NOP:暂停指令执行,无控制信号
HALT:停止sm翻转,sm_en=0
读取指令:sm=0时读取指令,pc_in=1,ir_ld=1
整理每个控制信号有效的指令,进行赋值
...
always@(mova,movb,movc,add,sub,and1,not1,rsr,rsl,jmp,jz,z,jc,c,in1,out1,nop,halt,sm,ir)
begin
sm_en<=!halt;
//ALU
alu_m<=add||sub||and1||not1||rsr||rsl||out1;
cf_en<=add||sub||rsr||rsl;
zf_en<=add||sub;
alu_s[3:0]<=ir[7:4];
//移位逻辑
shi_fbus<=mova||movb||add||sub||and1||not1||out1;
shi_frbus<=rsr;
shi_flbus<=rsl;
//RAM
ram_dl<=movc||jmp||(jz&&z)||(jc&&c)||!sm;
ram_xl<=movb;
//指令寄存器
ir_ld<=!sm;
//寄存器组
reg_we<=!(mova||movc||add||sub||and1||not1||rsl||rsr||in1)||!sm;
reg_wa<=ir[3:2];
reg_ra[1:0]<=ir[1:0];
//计数器PC
pc_ld<=jmp||(jz&&z)||(jc&&c);
pc_in<=(jz&&!z)||(jc&&!c)||!sm;
//选择器MADD
if(movb&&sm) madd<=2'b10;
else if(movc&&sm) madd<=2'b01;
else if(!sm) madd<=2'b00;
else madd<=2'b00;
//输入输出设备
in_en<=in1;
out_en<=out1;
end
...