计算机系统综合课程设计

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1、计算机系统综合设计设计报告组长：唐兴盛成员：吴哲凯荆宁丁富来汤思彦东南大学计算机科学与工程学院二00九年一月27设计名称东大之芯嵌入式系统完成时间2009-1-5验收时间成绩本组成员情况姓名学号承担的任务个人成绩唐兴盛09005309流水线CPU、MiniC编译器吴哲凯09005328流水线CPU、汇编器荆宁09005323集成开发环境MiniSysIDE丁富来09005324汇编器汤思彦09005336外设注：本设计报告中各个部分如果页数不够，请大家自行扩页，原则是一定要把报告写详细，能说明本组设计的成果和特色，能够反应小组中每个人的工作。报告中应该叙述设计

2、中的每个模块。设计报告将是评定每个人成绩的重要组成部分之一，因此要在报告中明确标明每个模块的设计者。设计报告最后一页是验收表和教师综合评价，请大家打印报告的时候将此页一并打印装订。27本组设计的功能描述（含所有实现的模块的功能）我们小组在本课程设计中一共完成了32位流水CPU及定时计数器，看门狗、PWM、UART、中断控制器这些外设，带全屏编辑功能的汇编器、Mini-C编译器的IDE环境开发。并实现了系统的整体联合调试，以及下载调试。功能完全正常。本组设计的主要特色1.实现了32位5级流水结构的CPU2.实现了具有强大错误检测功能的汇编器3.实现了Mini-C

3、编译器4.重写了ALU中的移位器5.使用结构描述重新设计了寄存器组6.完善地处理了流水中断及其嵌套的处理7.整合了汇编器与编译器，设计出了一个集成开发环境MiniSysIDE8.MiniSysIDE支持关键字高亮，并实现了与Quartus的无缝连接27本组设计的体系结构I.32位5级流水CPU系统的CPU采用了MIPS的经典5级流水结构。流水段分为IF取指、ID译码、EXE执行、MEM内存读写、WB寄存器回写。流水线设计关键是解决相关性。系统采用的是哈佛结构，所以不存在结构相关。主要解决的是数据相关和控制相关。解决数据相关采用了转发策略，将以后要写到寄存中的数

4、据提前送到需要的地方；解决控制相关采取了阻塞策略。II.汇编器汇编器主要由四个部分组成：词法分析、语法分析、机器码翻译、错误检测。其中语法分析是核心。具体结构图1所示。词法分析器源程序语法分析器机器码生成器变量名表出错处理单词内码变量定义语句指令语句指令标号表机器码Ram.mifRom.mif图1汇编器结构词法分析器负责按照MiniSys汇编语言词法，组字符成词；语法分析器依据MiniSys汇编语言语法，组词成句；机器码生成器负责依据翻译规则（包括指令翻译和数据翻译），将一个完整的指令句子或变量定义语句转换为相应的机器指令。词法分析器没有用自动机，而是采用了以

5、下策略。我们用的是LL（1）文法，所以每次读入一个单词前，基本已经知道了单词的类型。词法分析时，直接读入一个字符串，然后进行字符串匹配。比如通过语法分析，知道接下来是“ORG_CODE”。词法分析时只要把读入的字符串同“ORG_CODE”进行匹配，如果一样证明词法分析正确，否则就是出错。出错后，调用相应的错误处理程序，处理完后继续进行语法分析。机器码的生成伴随着词法分析和语法分析。如果前一个单词识别正确，则进行翻译。否则跳过不进行翻译。汇编器的关键是语法规则的定义，语法分析和词法分析都是严格按照语法规则进行的。III.Mini-C编译器MiniC编译器主要由以

6、下几个部分组成,词法分析器，语法制导分析筐架（含中间代码生成）,寄存器分配模块，函数块翻译模块，代码综合输出模块。结构示意如图2所示。27图2编译器结构词法分析器在词法分析表的驱动下，从输入流中识别符号，为语法分析提供单词流。语法分析器采用了LALR(1)分析法，并采用语法指导的方式进行中间代码的生成，符号表管理模块为语法分析过程提供单词登记，查询的功能，并参与变量的空间分配计算，为后续的代码生成，提供地址信息。寄存器分配部分负责对翻译过程中产生的临时变量进行寄存器关联，采用的策略是简单统计各个临时变量的使用频率，为使用最频繁的前10个临时变量分配寄存器，对超

7、出部分的寄存器，为其分配内存空间。函数块的翻译负责将中间代码生成部分产生的各个函数的中间代码翻译为汇编代码，并加上相应的现场保护，现场恢复的代码，完成子程序的翻译。最后的代码综合输出主要作用是，将各个子程序进行总装，加上中断入口，程序初始化代码，产生完整的一个汇编代码，完成翻译。产生的汇编代码只要通过Minisys的汇编器翻译，就可以生成最终的机器代码，进入CPU运行。27本组设计中各个部件的设计与特色概述I.流水处理器部分Ø总体设计系统的CPU采用了MIPS的经典5级流水结构。流水段分为IF取指、ID译码、EXE执行、MEM内存读写、WB寄存器回写。流水线设

8、计关键是解决相关性。系统采用的是哈佛结