微控制器设计方案.doc

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1、微控制器设计方案第一部分功能描述所有的MIPS指令都是32位，支持多种指令，主要有以下几种：·数据加载和存储指令：lw、sw指令·跳转指令：beq条件跳转和j、jr、jl跳转·算数逻辑运算：add、sub、and、or、slt具体有三种格式：处理器有32个32位寄存器，并且为了测试和运行方便，配备了一个32字的指令存储器，和一个32字的数据存储器（地址0x0000_0000~0x0000_001f）。还备有UART串口，并且与数据存储器共同编址（0x8000_0000~0x8000_0008）。第二部分设计方案1、设计策略采用分治：将一个难以直接解决的大问题，分割成一些规模较小的相同

2、问题，以便各个击破，分而治之。本实验中，我们将整个数据通路化分成多个模块：寄存器堆、取指部件、扩展器、二选一数据选择器、算术逻辑单元、数据存储器等，分别设计及实现，然后再整体进行逻辑控制，最终实现单周期数据通路。2、设计思路建立数据通路：（1）按照图1设计能够实现R型，lw/sw型和跳转型指令的mips处理器整体数据通路图数据通路必须具备必要的存储元件，可能需要多个，同时数据通路必要的元件可能需要多个。（1）选择一组数据通路部件（2）根据需求，组装数据通路（3）分析每条指令的实现，以确定如何设置影响寄存器传输的控制点（4）装配控制逻辑3．数据通路图图1数据通路图第三部分单周期MIPS

3、分析与设计ALU：算术逻辑运算单元，有2个32位输入和1个32位输出，还有一个零标志位。有3个控制输入，而八种可能的输入组合中只有5种可能出现。对于取字和存储指令，ALU用于计算存储地址；对于R型指令，根据指令的低6位功能字段的容，ALU执行5中操作中的一种。对于相等分支指令，ALU执行剑法操作。实现代码：always(ctrlorin1orin2)beginif(in1==in2)zero<=1;elsezero<=0;case(ctrl)3'b010:ALU_out=in1+in2;3'b110:ALU_out=in1-in2;3'b000:ALU_out=in1&in2;3'b

4、001:ALU_out=in1

5、in2;3'b111:if(in1

6、b010;6'b100010:ALU_ctrl=3'b110;6'b100100:ALU_ctrl=3'b000;6'b100101:ALU_ctrl=3'b001;6'b101010:ALU_ctrl=3'b111;default:ALU_ctrl=0;endcaseendendcaseendendmodule数据存储单元：是一个状态单元，有读写控制信号、地址和数据端口。两个输入是地址和所写数据，一个输出位为出容，读写控制信号是独立的，任意始终只能激活一个。存数指令，要从寄存器堆中读出要存的数据；取数指令，则要将刚从存储器中取出的数放入寄存器堆中指定寄存器中。实现代码：beginc

7、ase({ctrl_write,ctrl_read})2'b01:out=mem[addr];2'b10:mem[addr]=data;default:$display("error");endcaseendMUX:二选一数据选择器,通过控制信号的值来选择输出。实现代码：always(*)if(ctrl==0)out=in0;elseout=in1;寄存器堆：实现代码：always(in1orin2)begincase(in1)5'b00101:data1<=32'h001c;5'b01111:data1<=32'h0004;5'b00000:data1<=32'h0008;5'b1

8、0000:data1<=32'h000c;5'b10001:data1<=32'h000c;default:data1<=mem[writeaddr];endcasecase(in2)5'b00101:data2<=32'h001c;5'b01111:data2<=32'h0004;5'b00000:data2<=32'h0008;5'b10000:data2<=32'h000c;5'b10001:data2<=32'h000c;default:data2