微程序控制型简单CPU模型Verilog HDL实现

一、设计目标

1.  掌握微程序控制器的基本原理
2.  设计可以实现实现基本的指令运算指令、数据传输指令、输入输出指令、转移指令；并且具有中断和原码一位乘法功能
3.  使用Verilog HDL 在Max Plus2上实现CPU模型的仿真

注：我是在MaxPlus2上实现的，由于MaxPlus2太古老了，推荐大家使用Quartus。

二、指令设计

1、指令格式

单字节指令：

操作码 OP  4位

目的寄存器 Rd  2位

源寄存器 Rs  2位

双字节指令：

 

操作码 OP  4位	目的寄存器 Rd  2位	源寄存器 Rs 2位
立即数字段  8位

 

2、指令集

本CPU模型有13条指令，其中0-9为单字节指令，10-13为双字节指令。

使用Verilog实现的时候，会在内存之中预先设置好执行的指令，然后模拟仿真，观察结果。

序号	指令助记符	功能	操作码	举例	机器码
0	IN Rd	输入 IN←Rd	0000	IN R2	0000 10 00
1	OUT Rs	输出 OUT←Rs	0001	OUT R1	0001 00 01
2	MOV Rd, Rs	寄存器传输 Rd←Rs	0010	MOV R1,R2	0010 10 01
3	ADD Rd, Rs	加运算 Rd←Rs+Rd 并设置Cy，Zero标志	0011	ADD R3,R0	0011 11 00
4	AND Rd, Rs	与运算 Rd←Rs & Rd 并设置Zero标志	0100	AND R1,R0	0100 01 00
5	MUL	原码一位乘法运算  {HIGH,LOW}←RD*RS	0101	MUL RD RS	0101 01 10
6	STI	开中断	0110	STI	0110xxxx
7	CLI	关中断	0111	CLI	0111xxxx
8	IRET	中断返回	1000	IRET	100