MIPS处理器设计说明.doc

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1、西安邮电大学实践课程报告书课程名称：计算机组成与实践院（系）名称：电子工程学院专业班级：**学号/姓名：**实习时间：2015年3月6日至2015年6月19日1课程主要目的本课程是在上学期《计算机组成与设计》课程学习的基础上，通过实践课的方式，依照集成电路设计流程，完成一个简单独立硬件功能电路模块的设计，从而到达对《计算机组成与设计》课程的深入理解和提高电路设计的实践能力，从理论和实验的结合中巩固计算机基本知识，熟练掌握电路设计的基本流程和原理，同时，加深对MIPS系统的组成部件及其电路结构，原理和功能的理解，掌握利用硬件描述语言和EDA工具进行MIPS设计的一般方法。2课

2、程的主要内容和任务MIPS是典型的32位定长指令字RISC处理器，要求深入理解MIPS处理器的内部结构及工作原理。采用verilogHDL设计一个兼容MIPS指令格式，具有10条以上指令功能的单周期CPU硬件电路，该32位MIPS设计内容主要包括系统中的基本组成部件（存储器，指令寄存器，寄存器堆，算术逻辑运算器，程序计数器，多路选择器，符号扩展等）的设计，仿真及硬件下载的方法和过程。设计过程中使用ISE仿真工具完成设计电路的仿真验证。3总体设计方案3.1指令及其功能表：（1）R型指令：指令指令格式功能oprsrtrdshamefuncaddsj1Sj2jgxxJg=sj1+

3、sj2adduJg=sj1+sj2subJg=sj1-sj2subuSj1Sj2jgxxJg=sj1-sj2orSj1Sj2jgxxJg=sj1

4、sj2andSj1xxjgxxJg=sj1&sj2slaSj1xxjg移位数Jg

5、sj2LwbasertoffsetoffsetßMemory[base+imm]swbaser

6、toffsetMemory[base+imm]ßoffsetsltiSj1Sj2immsj1=Sj2

7、1）存储器模块：具备基本的读写功能，用于存放数据和指令。（2）寄存器堆模块：由32个32位的寄存器组成，提供较大的存储空间，用于存放暂存数据和指令。（3）算术逻辑运算器模块：执行加减法等算术运算，与非或等逻辑运算，以及比较移位传送等操作的功能部件，是该CPU的设计核心部分，存在不同的运算处理功能，是体现实验设计结果正确性的模块。（4）立即数扩展模块：执行I型指令时需要立即数扩展，该模块用于MIPS符号扩展，将16位数据扩展为32位数据。（5）主控制模块：用于控制各个模块之间的分工运行，产生不同数据通路的控制信号，保证指令顺序执行不发生紊乱。（6）ALU控制模块：用于生成AL

8、U执行各种功能的控制信号，使ALU内部运行不发生紊乱。。（7）分支跳转指令控制模块：用于生成分支和跳转指令的控制信号。（8）取指模块：进行指令的取出及译码，同时包括程序计数器PC运行设计。各模块间关系如下：3.3接口定义和接口时序说明：该CPU由cpu_clk和进行总的控制，并且输出程序计数器低4位进行简易流水灯显示，CPU运行的结果包括逻辑运算等在仿真界面中进行分析和设计验证。cpu_clk上升沿有效rst位低电平时复位有效4子模块详细设计4.1存储器模块设计4.1.1模块方案设计指令存储器用于存放CPU运算的程序指令和数据等，采用单端口存储器设计，设计最大为64个存储单

9、元，每个存储单元数据宽度为32bit。4.1.2接口定义序号接口信号名称方向（I/O）说明1clkI存储器工作时钟，频率为50Mhz2rstI存储器片选信号，低有效3ExtMem_Adr[5:0]I存储器地址线4ExtMem_WRI存储器读写信号，1为写反之读5ExtMem_Din[31:0]I存储器输入数据线6ExtMem32[31:0]O存储器输出数据线4.1.3模块仿真验证4.2寄存器堆模块设计4.2.1模块方案设计该MIPS指令格式中的寄存器号是5bits，指令可以访问32个32位的寄存器。这32个32位的