基于EDA技术的单周期CPU设计与实现

出版时间：2012-6  出版社：蒋丽华 清华大学出版社 (2012-06出版)  作者：蒋丽华  页数：170  

内容概要

　　《基于EDA技术的单周期CPU设计与实现：计算机组成原理实践》借鉴国内外最新的计算机组成实践的教学方法，结合作者多年指导计算机组成原理实验课的教学经验，并引用目前市面上主流的MIPS指令集，翔实、具体地讲解了计算机各个组成部件的设计原理和典型指令的执行过程。　　全书首先介绍了EDA技术、Quartus II软件以及VHDL的使用方法；然后讲解了MIPS体系结构中比较典型的指令，并使用Quartus II软件，通过原理图以及VHDL语言，设计出计算机组成的各个部件；最终形成了一个能执行MIPS指令集指令程序的计算机主机系统。书中的所有部件及CPU逻辑电路都能进行正确的功能仿真模拟及FPGA下载验证。　　本书既可作为高等院校计算机相关专业的计算机组成原理课程的实验及课程设计教材，也可供计算机硬件开发人员、电子技术及工程技术人员参考使用。

书籍目录

第1章 绪论 1.1 实践内容 1.1.1 计算机组成原理实验 1.1.2 计算机主机系统设计 1.2 实践环境 第2章 EDA设计工具 2.1 建立工程项目 2.1.1 启动QuartusⅡ 2.1.2 使用QuartusⅡ 2.1.3 QuartusⅡ文件后缀及其含义 2.1.4 原理图设计 2.2 VHDL简介 2.2.1 VHDL程序的基本结构 2.2.2 VHDL客体及词法单元 2.2.3 VHDL的基本描述语句 2.2.4 属性的描述与定义 2.2.5 VHDL设计 2.3 原理图转换 2.3.1 原理图转换为VHDL文件 2.3.2 VHDL文件转换为原理图 2.4 编译与器件封装 2.4.1 局部工程编译 2.4.2 封装成器件放入用户库 2.5 电路仿真 2.5.1 建立仿真文件 2.5.2 仿真设置工具 2.5.3 功能仿真 2.5.4 时序仿真 2.6 工程下载验证 2.6.1 引脚锁定设置 2.6.2 配置文件下载 第3章 MIPS指令和CPU设计思路 3.1 MIPS寄存器堆 3.2 指令格式和主机系统指令 3.2.1 指令格式 3.2.2 主机系统指令 3.3 CPU设计思路 3.3.1 单周期CPU逻辑设计 3.3.2 R类型指令 3.3.3 I类型指令 3.3.4 J类型指令 第4章 多路选择器 4.1 1位2选1多路选择器 4.1.1 1位2选1多路选择器原理图设计 4.1.2 1位2选1多路选择器的VHDL设计 4.1.3 1位2选1多路选择器的仿真验证 4.2 5位2选1多路选择器 4.2.1 5位2选1多路选择器的原理图设计 4.2.2 5位2选1多路选择器的VHDL设计 4.2.3 5位2选1多路选择器的仿真验证 4.3 8位2选1多路选择器 4.3.1 8位2选1多路选择器的原理图设计 4.3.2 8位2选1多路选择器的VHDL设计 4.3.3 8位2选1多路选择器的仿真验证 4.4 32位2选1多路选择器 4.4.1 32位2选1多路选择器的原理图设计 4.4.2 32位2选1多路选择器的VHDL设计 4.4.3 32位2选1多路选择器的仿真验证 4.5 32位4选1多路选择器 4.5.1 32位4选1多路选择器的原理图设计 4.5.2 32位4选1多路选择器的VHDL设计 4.5.3 32位4选1多路选择器的仿真验证 4.6 32位32选1多路选择器 4.6.1 32位32选1多路选择器的原理图设计 4.6.2 32位32选1多路选择器的VHDL设计 4.7 lpm_mux宏模块的设置 第5章 加减器 5.1 1位加法器 5.1.1 1位加法器的原理图设计 5.1.2 1位加法器的VHDL设计 5.1.3 1位加法器的仿真验证 5.2 1位加减器 5.2.1 1位加减器的原理图设计 5.2.2 1位加减器的VHDL设计 5.2.3 1位加减器的仿真验证 5.3 8位加法器 5.3.1 8位加法器的原理图设计 5.3.2 8位加法器的VHDL设计 5.3.3 8位加法器的仿真验证 5.4 32位加减器 5.4.1 32位加减器的原理图设计 5.4.2 32位加减器的VHDL设计 5.4.3 32位加减器的仿真验证 第6章 移位运算器 6.1 移位运算器的原理图设计 6.2 移位运算器的VHDL设计 6.3 移位运算器的仿真验证 第7章 算术逻辑运算器 7.1 0操作数检测模块 7.2 算术逻辑运算器的原理图设计 7.3 算术逻辑运算器的VHDL设计 7.4 算术逻辑运算器的仿真验证 第8章 寄存器堆 8.1 寄存器号译码 8.1.1 寄存器号译码的原理图设计 8.1.2 寄存器号译码的VHDL设计 8.1.3 寄存器号译码的仿真验证 8.2 8位触发器 8.2.1 8位触发器的原理图设计 8.2.2 8位触发器的VHDL设计 8.2.3 8位触发器的仿真验证 8.3 32位触发器 8.3.1 32位触发器的原理图设计 8.3.2 32位触发器的VHDL设计 8.3.3 32位触发器的仿真验证 8.4 32位寄存器 8.4.1 32位寄存器的原理图设计 8.4.2 32位寄存器的VHDL设计 8.5 32位寄存器堆 8.5.1 32位寄存器堆的原理图设计 8.5.2 32位寄存器堆的VHDL设计 8.5.3 32位寄存器堆的仿真验证 第9章 计算机主机系统设计 9.1 跳转指令寄存器指定元件 9.1.1 跳转指令寄存器指定元件的原理图设计 9.1.2 跳转指令寄存器指定元件的VHDL设计 9.1.3 跳转指令寄存器指定元件的仿真验证 9.2 指令译码器 9.2.1 指令译码器的原理图设计 9.2.2 指令译码器的VHDL设计 9.2.3 指令译码器的仿真验证 9.3 控制部件设计 9.3.1 控制部件的原理图设计 9.3.2 控制部件的VHDL设计 9.3.3 控制部件的仿真验证 9.4 指令存储器 9.4.1 指令存储器的原理图设计 9.4.2 指令存储器的仿真验证 9.5 数据存储器 9.5.1 数据存储器的原理图设计 9.5.2 数据存储器的仿真验证 9.6 单周期中央处理器CPU设计 9.6.1 单周期中央处理器的原理图设计 9.6.2 单周期中央处理器的VHDL设计 9.7 计算机主机系统设计 9.7.1 计算机主机系统的原理图设计 9.7.2 计算机主机系统的VHDL设计 9.8 调试程序编制及主机系统的调试 9.8.1 加法调试程序 9.8.2 加法程序调试仿真 9.8.3 乘法调试程序 9.8.4 乘法程序调试仿真 附录A DE2—70简介及调试注意事项 A.1 DE2—70硬件实验平台简介 A.2 DE2—70引脚分配的一般性指导 A.3 实验板基本输入／输出引脚信号 附录B 设计调试过程中的注意事项 参考文献

章节摘录

版权页：   插图：   5种语句结构的基本组成和功能分别如下。 块语句是由一系列并行执行语句构成的组合体，它的功能是将结构体中的并行语句组成一个或多个子模块。 进程语句定义顺序语句模块，用以将从外部获得的信号值，或内部的运算数据向其他的信号进行赋值。 信号赋值语句将设计实体内的处理结果向定义的信号或界面端口进行赋值。 子程序调用语句用以调用过程或函数，并将获得的结果赋值于信号。 元件例化语句对其他的设计实体作元件调用说明，并将此元件的端口与其他的元件、信号或高层次实体的界面端口进行连接。 3.进程（PROCESS） PROCESS概念产生于软件语言。在VHDL中，PROCESS结构是最具特色的语句，它的运行方式与软件语言中的PROCESS完全不同，这是读者需要特别注意的。 PROCESS语句结构包含了一个代表着设计实体中部分逻辑行为的、独立的顺序语句描述的进程。与并行语句的同时执行方式不同，顺序语句可以根据设计者的要求，利用顺序可控的语句，完成逐条执行的功能。顺序语句与C等软件编程语言中的语句功能相类似，即语句运行的顺序和程序语句书写的顺序相一致。一个结构体中可以有多个并行运行的进程结构，而每一个进程的内部结构却是由一系列顺序语句构成的。 需要注意的是，在VHDL中，所谓“顺序”仅仅是指语句要按顺序依次执行。但这并不意味着PROCESS语句结构所对应的硬件逻辑行为也具有相同的顺序性。PROCESS结构中的顺序语句及其所谓的“顺序执行过程”只是针对计算机中的软件行为仿真模拟过程而言的，这个过程与硬件结构实现中对应的逻辑行为是不相同的。PROCESS结构中既可以有时序逻辑的描述，也可以有组合逻辑的描述，它们都可以用顺序语句来表达。然而，硬件中的组合逻辑具有最典型的并行逻辑功能，而硬件中的时序逻辑也并非都是以顺序方式工作的。 （1）PROCESS语句格式 PROCESS语句的表达格式如下： [进程标号]PROCESS[（敏感信号参数表）][IS] [进程说明部分】 BEGIN 顺序描述语句 END PROCESS[进程标号]； 每一个PROCESS语句结构可以赋予一个进程标号，但这个标号不是必需的。进程说明部分定义了该进程所需的局部数据环境。 顺序描述语句部分是一段顺序执行的语句，用来描述该进程的行为。PROCESS中规定了每个进程语句在它的某个敏感信号（由敏感信号参量表列出）的值改变时必须立即完成某一功能行为，这个行为由进程语句中的顺序语句定义，行为的结果可以赋给信号，并通过信号被其他的PROCESS读取或赋值。当进程中定义的任一敏感信号发生更新时，由顺序语句定义的行为就要重复执行一次；当进程中最后一个语句执行完毕后，执行过程将返回到进程的第一个语句，以等待下一次敏感信号变化。如此循环往复，以至无限。

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用户评论 (总计2条)

•   排版混乱，就不太好.
•   全部程序只有自己敲进去，还有错，但可以改正的。强