CPU设计实战 lab3

Lab3

题目说Lab3有七处错误,我怀疑Mistake 5或者Mistake 8是原本就有的,作者没发现的问题

Mistake 1

Run Simulation后发现debug_wb_pc的值一直为XXXXXXXX,向前溯源可以发现原因出在了ID_stage中,未对ds_valid进行赋值,然后一直影响到debug_wb_pc的值

修改前:

always @(posedge clk) begin
    if (fs_to_ds_valid && ds_allowin) begin
        fs_to_ds_bus_r <= fs_to_ds_bus;
    end
end

修改后代码:

always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
        ds_valid <= 1'b0;
    end
    else if (ds_allowin) begin
        ds_valid <= fs_to_ds_valid;
    end

    if (fs_to_ds_valid && ds_allowin) begin
        fs_to_ds_bus_r <= fs_to_ds_bus;
    end
end

Mistake 2

### 关于CPU设计的实际应用与学习方法 #### CPU设计的核心知识点 在现代计算机体系结构中,CPU设计是一个复杂而精细的过程。为了更好地理解和掌握这一领域的内容,可以从以下几个方面入手: 1. **MIPS CPU设计实战** MIPS架构作为经典的RISC处理器之一,在教学和研究中有广泛的应用。通过学习MIPS CPU设计,可以深入了解硬件描述语言(如Verilog)的使用及其在实际工程中的作用[^1]。例如,利用Verilog实现基本逻辑门电路、寄存器文件、ALU单元等功能模块,并将其组合成完整的CPU。 2. **流水线技术详解** 流水线是提高CPU性能的关键技术之一。其基本思想是将一条指令执行过程划分为多个阶段,使得各个阶段能够并行操作从而提升吞吐量。对于初学者来说,理解五级流水线模型尤为重要——即取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)以及写回(WB)[^1]。通过对这些阶段的学习,不仅可以熟悉单周期处理器的工作机制,还能进一步探讨多周期乃至超标量处理器的设计思路。 3. **RISC-V架构实践** 随着开源硬件运动的发展,RISC-V逐渐成为学术界和工业界的热门话题。相比传统封闭式的X86或者ARM架构而言,RISC-V提供了更加灵活自由的选择空间给开发者们去定制自己的芯片方案。特别是在AI时代背景下,围绕RISC-V构建SoC(System On Chip),加入专用神经网络计算引擎已经成为趋势[^3]。因此,学习基于Harvard架构而非Von Neumann架构下的RISC-V核心开发显得尤为必要。 4. **工具链支持与验证环境搭建** 开展任何类型的数字电路项目之前都需要准备好相应的EDA软件平台用于模拟调试目的;同时还需要建立一套完善的测试框架用来评估最终产品的质量特性。比如ModelSim/QuestaSim可用于RTL级行为仿真;Vivado/VCS则适合高层次综合及时序分析等方面工作流环节当中。 ```verilog module cpu_top ( input wire clk, input wire reset_n, output reg [31:0] pc_out, // Program Counter Output output reg [31:0] instr_out, // Instruction Register Output ... ); // Internal Signals Declaration & Logic Implementation Here... endmodule :cpu_top ``` 此代码片段展示了如何定义一个简单的顶层实体`cpu_top`,其中包括必要的输入输出端口声明部分。这是整个设计流程的第一步也是至关重要的一步因为它决定了后续所有子模块之间的交互方式。 --- ###
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