alu模块设计文档

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1、版本信息版本日期描述作者1.027/03/2015ALU模块设计文档雒旭鹏封面版木信息必须与本页最后版木保持一致。ALU模块设计方案算术逻辑运算器(ALU)是数字计算机中执行加、减等算术运算，执行与、或等逻辑运算，以及执行比较、移位、传送等操作的功能部件，本模块实现32位的ALUo本文描述MIPS单周期处理器的ALU模块的功能、接口、时序及其实现。1功能ALU主要完成：•有符号数的加减运算•无符号数的加减运算•与、或逻辑运算•算术右移•逻辑左移、右移•有符号小于置1运算，比较有符号数的大小。•无符号小于置1运算，比较无符号数的大小2接口说明表1ALU接口信号定义信号

2、名称方向含义ALUDA[31:0]INALU第•个输入数据端口，32位宽度ALUDB[31:0]INALU第二个输入数据端口,32位宽度ALUctr[3:0]INALU运算功能编码，12种指令需要4位编码ALUSHIFT[4:0]INALU移位次数ALUZEROOUT运算结果全零标志ALUOverFlowOUT有符号运算溢出标志ALUDC[31:0]OUTALU运算结果3时序说明4实现方案算术逻辑运算器(ALU)的具体实现方案如图k分析图1的功能，并按功能要求将图1补充完整(即与逻辑和移位功能的实现)。32〉32>2Bq位扩將■Add-Sig”Add-Result-

3、异或门阵列332屮Zero^Ov^flow^0M]Lessvu32JOPctnOVctrv

4、—SIGcWSUBctrResult*ALU操作控制信号「生成部件“ALUctr*-*图1ALU实现方案表1ALU控制信号ALUctr四位编码及其对应的操作类型和ALU控制信号ALUctr[3:O]操作类型SUBctrOVctrSIGctrOPctr[l:0]OPctr的含义0000Addu00*00选择加法器的结果输出0001Add01*00选择加法器的结果输出0010Or*0*01选择'按位或'结杲输出0011（未用）0100Subu10*00选择加法器的结果输出010

5、1Sub11*00选择加法器的结果输出0110Situ10010选择小于置位结果输出（无符号数ALUDA〈ALUDB）0111sit10110选择小于置位结果输出（有符号数ALUDA(作为加减控制信号，同时作为与或控制信号)ANDctr=ALUctr<0>OVctr=!ALUctr&ALUctrSIGctr=ALUctr<0>OPctr二ALUctr<2>&ALUctr0Pctr<0>二(!ALUctr<2>

6、&ALUctr&!ALUctr<0>)

7、ALUctr<3>Alu程序代码：modulealu(ALU_DA,ALU_DB,ALUctr,ALU_SH1FT,ALU_ZERO,ALU_OverFlow,ALU_DC);input[31:0]input[31:0]input[3:0]input[4:0]outputoutputoutput[31:0]ALU_DA;ALU_DB;ALUctr;ALU_SHIFT;ALU_ZER0;ALU_0vcrFlow;ALU_DC;reg[31:0]ALU_DC;wireSUBctr;wireANDctr;wireOVctr;w

8、ire[1:0]OPctr;wireSTGctr;reg[31:0]SLLJl,SRLJl,SRAJ1;assignSUBctr二ALUctr[2];assignANDctr二ALUctr[0];assignOVctr=!ALUctr[1]&ALUctr[0];assignSIGctr=ALUctr[0];assignOPctr[1]=ALUctr[2]&ALUctr[3];ALUctr[3];assignOPctr[0]二(!ALUctr[2]&ALUctr[l]&!ALUctr[0])always©(*)//SRL逻辑右移begincase(ALU_SHIFT)

9、5’bOOOOO:SRLJl[31:0]=ALU_DA[31:0];5'bOOOO1:SRLJl[31:0]二{1'bO,ALU_DA[31:1]}5,bOOOlO:SRLJl[31:0]={2‘bO,ALU_DA[31:2]}5'bOOO11:SRLJl[31:0]二{3‘bO,ALU_DA[31:3]}5'b001005'bOOlOl5'bOOllO5,bOOlll5'b010005'b010015'b010105'bOlOll5,bOllOO5'b011015'b011105'b011115'bl00005'bl00015'blOOlO5'bl00115'