基于单周期mips微控制器设计

《基于单周期mips微控制器设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、课程设计题目：基于单周期MIPS的微控制器设计已知技术参数和设计要求：load/store，算术逻辑运算，流程控制三部分是RISC处理器系统的主要组成部分，是RISC处理器的基础，本设计以MIPS处理器的指令子集为例，研究RISC的基本实现及原理。1）单周期MIPS（load/store指令部分）设计与实现设计要求：参考《计算机组成与设计--硬件/软件接口》、设计处理器整体结构和模块划分，实现支持loadword(lw)、storeword(sw)指令的MIPS单周期数据通路，并比较各种实现的效率、面积和速度。2）单周期MIPS（算术逻辑运算指令部分）设计与

2、实现设计要求：参考《计算机组成与设计--硬件/软件接口》、设计处理器整体结构和模块划分，实现支持add、sub、and、or和slt指令的MIPS单周期数据通路，并比较各种实现的效率、面积和速度。3）单周期MIPS（流程控制指令部分）设计与实现设计要求：参考《计算机组成与设计--硬件/软件接口》、设计处理器整体结构和模块划分，实现支持branchequal(beq)、jump(j)、jumpandlink(jal)、jumpregister(jr)指令的MIPS单周期数据通路，并比较各种实现的效率、面积和速度。4）通用异步串行收发器（UART）设计与实现具有

3、基本手法功能的通用异步串行收发器，并比较各种实现的效率、面积和速度。5)小组实现基于MIPS（子集）单周期数据通路的嵌入式控制器设计要求：与同组同学共同完成一个具有11条指令的单周期MIPS实现，连接通用异步串行收发器作为外设，实现嵌入式控制器，并比较各种实现的效率、面积和速度。基本要求：1.确定设计采用的算法；2.确定设计的体系结构；3.划分所确定的体系结构，画出模块图，确定模块间的连接关系，端口方向及宽度；4.确定设计的测试方案、测试点及测试向量；5.完成设计的RTL代码及测试代码；6.完成设计的验证，给出设计的性能评价（面积、速度等）；7.撰写课程设计

4、报告。工作量：本课程设计拟按照每4人为一组分工并协作完成。每位小组成员分别选择1~4题之一，作为该组同学的课程设计题目独立完成；在完成个人题目基础上小组成员共同完成第5题。熟悉开发环境、学习工具使用：12学时分析题目、确定设计方案：12学时设计、验证以及性能评估、整理数据：36学时工作计划安排：2012.8.27--2012.8.29学习VCS、DesignAnalyser使用方法，分析设计题目2012.8.30--2012.9.3利用Verilog语言进行系统设计、验证2012.9.4--2010.9.5性能评估、整理数据2012.9.6开始撰写课程设计报

5、告同组设计者及分工：指导教师签字___________________年月日教研室主任意见：教研室主任签字___________________年月日*注：此任务书由课程设计指导教师填写。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_

6、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

7、个，同时数据通路必要的元件可能需要多个。（2）选择一组数据通路部件（3）根据需求，组装数据通路（4）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（1）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位功能字段的内容，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@(ctrlori

8、n1orin2)beginif(in1==in2)z