Logisim完成单周期处理器开发(共18页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上Logisim完成单周期处理器开发实验报告目录一、总体数据通路结构设计图二、数据通路中的模块设计图1、IFU2、GPR3、ALU4、EXT5、DM6、Controller三、控制器设计四、机器指令描述五、测试程序六、运行结果七、问答八、收获体会附：Logisim模块目录一、 总体数据通路结构设计图 二、数据通路中的模块设计图1、IFU模块接口信号名方向描述ZeroIALU计算结果1：计算结果为00：计算结果非0ClkI时钟信号ResetI复位信号1：复位0：无效Insout31:0O32位MIPS指令功能定义序号功能名称描述1复位当复位信号有效时，PC被设置为0x2取

2、指令根据PC从IM中取出指令3计算下一条指令地址若不是beq指令，则PC-PC+1，若是beq指令，且zero为1，则PC-PC+sign_ext2、GPR信号名方向描述Wd31:0I写入数据的输入RegwriteI读写控制信号1：写操作0：读操作ClkI时钟信号ResetI复位信号1：复位0：无效A14:0I读存取器地址1A24:0I读存取器地址2A34:0I写寄存器地址Rd131:0O32位数据输出1Rd231:0O32位数据输出23、ALU模块接口信号名方向描述A31:0I32位输入数据1B31:0I32位输入数据22F1:0I控制信号01：或运算10：减法11加法C31:0O32位数据

3、输出功能定义序号功能名称描述1或A|B2减A-B3加A+B4、EXT模块接口信号名方向描述Imm1615:0I16位数据输入Extop1:0I控制信号00：高位补001:低位补010:符号扩展Ext32O32位数据输出功能定义序号功能名称描述1高位补0高16位补02低位补0低16位补03符号扩展符号位扩展5、DM模块接口信号名方向描述D31:0I写入数据的输入MemwriteI读写控制信号1：写操作ClkI时钟信号ResetI复位信号1：复位0：无效A4:0I操作寄存器地址Out31:0032位数据输出功能定义序号功能名称描述1复位当复位信号有效时，所有数据被设置为02读根据输入的寄存器地址读

4、出数据3写根据输入的地址把输入的数据写入6、Controller模块接口信号名方向描述Op5:0I六位opFunc5:0I六位functionRegdst0写地址控制Alusrc0cpu第二操作数选择控制Mentoreg0Dm读控制Regwrite0GPR读写控制Memwrite0DM写控制，写入GPR数据选择Npc_sel0Beq指令标志Extop0控制ext扩展方式Aluop1:00控制cpu进行相应运算三、控制器设计单周期真值表FuncN/AOpaddsuborilwswbeqluiRegDst1100XX0ALUSrc0011101MentoReg0001XXXRegWrite1111

5、002MemWrite0000100Npc_sel0000010ExtopXX000X1ALUctrAddsubtractoraddaddsubtractX四、机器指令描述助记符opcodefunction功能addurd-rs+rtsuburd-rs-rtorirt - rs | (zero-extend)immediatelwrt - memoryrs + (sign-extend)immediateswmemoryrs + (sign-extend)immediate - rtbeqif (rs = rt) PC - PC+4 + (sign-extend)immediate2luirt

6、 - immediate*65536jPC - (PC+4)31.28,address,0,0五、测试程序lui$t0,0x0004 #lui 测试程序要实现：立即数 0x0004 加载至 t0 寄存器的高位 lui$t1,0x0008 #lui 测试程序要实现：立即数 0x0008 加载至 t1 寄存器的高位 ori$t3,$zero,0x #ori 测试程序要实现： zero 寄存器中的内容与立即数 0x 进行或运算，储存在 t3 寄存器中 sw$t0,4($t3) #sw 测试程序要实现：把 t0 寄存器中值（1Word），存储到 t3 的值再加上偏移量 4, 所指向的 RAM 中 sw

7、$t0,8($t3) #sw 测试程序要实现：把 t0 寄存器中值（1Word），存储到 t3 的值再加上偏移量 8, 所指向的 RAM 中 loop:add$t2,$t2,$t1 #add 测试程序要实现：t1 寄存器中的值加上 t2 寄存器中的值后存到 t2 寄存器中 lw$t4,4($t3) #lw 测试程序要实现：把 t3 寄存器的值+4 当作地址读取存储器中的值存入 t4 lui$t5,0x0004 #lui 测试程序要实现：立即数 0x0004 加载至 t5 寄存器的高位 sub$t7,$t6,$t5 #sub 测试程序要实现：t6 寄存器中的值减去 t5 寄存器中的值后存到 t7

8、 寄存器中 add$t0,$t0,$t5 #sub 测试程序要实现：t0 寄存器中的值减去 t5 寄存器中的值后存到 t0 寄存器中 add$t6,$t6,$t0 #add 测试程序要实现：t6 寄存器中的值加上 t0 后存到 t6 寄存器中 beq$t0,$t1,loop #beq 测试程序要实现：判断 t0 的值和 t1 的值是否相等，相等转 loop add$t0,$t0,$t5 #add 测试程序要实现：t0 寄存器中的值加上 t5 后存到 t0 寄存器中 lui$v0,0x0001 #lui 测试程序要实现：立即数 0x0001 加载至 v0 寄存器的高位 lui$v1,0x0002

9、 #lui 测试程序要实现：立即数 0x0002 加载至 v1 寄存器的高位 add$v0,$v0,$v1 #add 测试程序要实现：v0 寄存器中的值加上 v1 后存到 v0 寄存器中 add$v1,$v0,$v1 #add 测试程序要实现：v0 寄存器中的值加上 v1 后存到 v1 寄存器中 ori$a0,$v0,0xffff #ori 测试程序要实现：v0 寄存器中的内容与立即数 0xffff 进行或运算，储存在 a0 寄存器中 sub$a1,$a0,0x0000ffff #sub 测试程序要实现：a0 寄存器中的值减去立即数 0x0000ffff 后存到 a1 寄存器中 loop2:s

10、ub$a2,$v1,$v0 #sub 测试程序要实现：v1 寄存器中的值减去 v0 中的值后存到 a2 寄存器中 add$a1,$a2,$a1 #add 测试程序要实现：a2 寄存器中的值加上 a1 后存到 a1 寄存器中 beq$a1,$v1,loop2 #beq 测试程序要实现：判断 a1 的值和 v1 的值是否相等，相等转 loop2机器码：3c 3c 340b2000 ad 8d6c0004 3c0d0004 01cd7822 010d4020 01c87020 1109fff9 010d4020 3c 3c 3444ffff 3c 3421ffff 00c52820 10a3fffd

11、MARS：六、运行结果GPRDM七、问答1. 请充分利用Error! Reference source not found.中的X可以将控制信号化简为最简单的表达式。RegDst=add+subALUSrc=ori+lw+swMemtoReg=lwRegWrite=add+sub+ori+lwMemWrite=swNpc_sel=beqExtop=lw+swALUctr0=(subu+beq)ALUctr1=ori+luiALUctr2=02. 对于Error! Reference source not found.、Error! Reference source not found.中的与或

12、阵列来说，1个3输入与门最终转化为2个2输入与门，1个4输入与门最终转化为3个2输入与门，依次类推。或阵列也类似计算。那么a) 请给出采用Error! Reference source not found.、Error! Reference source not found.中的方法设计的每个控制信号所对应的2输入与门、2输入或门、非门的数量。2输入与门2输入或门非门RegDst17110RegWrite32410ALUsrc2035PCsrc505Memwrite502MemRead503MentoReg503Extop1524ALUctr11013ALUctr22129b) 请与第Erro

13、r! Reference source not found.项对比，你更喜欢哪种设计方法。为什么第一种的每个控制信号都需要对其分配单独的与门、或门，因为它是直接对 op、func 的 12 位或 6 位信号的逻辑表达式，所以没有针对性并且浪费元件。 而第二种是先把 op、func 变成相应的指令信号，再由指令信号生成控制信号。当一种指令对应多种控制信号为 1 时，不必再对每个信号再单独为这个指令分配与门，而可以共用这个指令的信号，再添加或门就可以了。八、收获体会第一次课设主要重新熟悉了Logisim软件，并且使用较为简单的方式做出了较为基础的几个指令。通过本次课设我更好的理解了每条指令的用途，调用指令完成一些存储功能。在连线中我遇到最大的困难是IFU的设计，其中指令的跳转对于我比较难编写，在逻辑上出现一些问题导致存储器的数据存储的不太对。经过修改后我更加理解了每个模块的运行过程，为下次课设打好基础。专心-专注-专业