自己动手写处理器之第二阶段(4)——电路设计举例

本文介绍了如何设计一个简化的处理器取指令电路,包括PC模块和指令存储器ROM的设计。PC模块负责提供指令地址并递增,而ROM则根据地址存储并输出指令。通过元件例化在顶层文件中将两者连接,实现完整的取指令功能。代码示例和详细接口描述见文中内容。

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将陆续上传本人写的新书《自己动手写处理器》(尚未出版),今天是第八篇,我尽量每周四篇

2.7电路设计举例

      本节将设计一个简化的处理器取指令电路,通过这个例子体会Verilog HDL的使用。

      处理器内部一般有一个PC寄存器,其中存储指令地址,正常运行过程中,PC的值会随时间增加,同时从指令存储器中取出对应地址的指令。所以,本节实现的处理器取指令电路,包含两部分:PC模块、指令存储器。

      1、PC模块的设计与实现

      PC模块的功能就是给出取指令地址,同时每个时钟周期取指令地址递增。其接口设计如图2-13所示。采用左边是输入接口,右边是输出接口的方式绘制,这样便于理解。接口作用描述如表2-5所示。


《自己动手CPU(含CD光盘1张)》使用Verilog HDL 设计实现了一款兼容MIPS32指令集架构的处理器——OpenMIPS。OpenMIPS 处理器具有两个版本,分别是教学版和实践版。教学版的主要设计思想是尽量简单,处理器的运行情况比较理想化,与教科书相似,便于使用其进行教学、学术研究和讨论,也有助于学生理解课堂上讲授的知识。实践版的设计目标是能完成特定功能,发挥实际作用。 《自己动手CPU(含CD光盘1张)》分为三篇。第一篇是理论篇,介绍了指令集架构、Verilog HDL的相关知识。第二篇是基础篇,采用增量模型,实现了教学版OpenMIPS处理器。首先实现了仅能执行一条指令的处理器,从这个最简单的情况出发,通过依次添加,实现逻辑操作指令、移位操作指令、空指令、移动操作指令、算术操作指令、转移指令、加载存储指令、协处理器访问指令、异常相关指令,最终实现了教学版OpenMIPS处理器。第三篇是进阶篇,通过为教学版OpenMIPS添加Wishbone总线接口,从而实现了实践版OpenMIPS处理器,并与SDRAM控制器、GPIO模块、Flash控制器、UART控制器、Wishbone总线互联矩阵等模块组成一个小型SOPC,然后下载到FPGA芯片以验证实现效果,最后为实践版OpenMIPS处理器移植了嵌入式实时操作系统μC/OS-II。 《自己动手CPU(含CD光盘1张)》适合计算机专业的学生、FPGA开发人员、处理器设计者、嵌入式系统应用开发工程师、MIPS平台开发人员以及对处理器内部的实现感兴趣的读者阅读,也可以作为高等院校计算机原理、计算机体系结构等课程的实践参考书。
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