湘潭大学计算机原理实验三多周期MIPSCPU的控制部件实验报告

1、计算机原理与设计实验报告实验三 多周期MIPS CPU勺控制部件用有限状态机实现多周期CPU勺控制部件姓名：XXX学号：2013551728班级：13 级软件工程 2 班实验日期： 2014 年 11 月 12 日实验地点信息楼605硬件环境Intel(R) Core? i3-3240 ,1.91GB系统环境Win dows XP SP3设计软件Quartus II 13.0器件型号EP1C12QC240C81、了解MIPS-CPU控制器的功能和工作原理；2、掌握用有限状态机技术实现多周期控制器的方法；3、熟练掌握用Verilog HDL语言设计多周期控制器的方法；4、熟练掌握对多周期控制器的

2、仿真实验验证和硬件测试两种调试方法；5、 掌握向MIPS-CPU顶层数据通路中增加控制单元的方法，并通过仿真验证和硬件测试两种 方法对电路进行故障定位的调试技术。二. 实验内容(1) MIPS- CPU控制器的有限状态机设计，根据 MIPS- CPU各种类型指令执行要求和有限 状态机的设计原理，将多周期控制器的指令执行划分为多个状态，确定每一种指令的有限状态机，最后归纳为完整的多周期控制器有限状态机。通过Verilog HDL语言实现多周期控制器有限状态机。(2) 根据MIPS-CPU控制器的接口要求，在有限状态机的基础上，用Verilog HDL实现完 整的MIPS-CPU控制器的设计，并根

3、据仿真波形，验证设计的正确性，并对出现的故障进行 定位，修改程序，重新编译；(3) 设计控制器的硬件下载测试方案。将编译通过的电路下载到实验台中。根据硬件调试结果验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序重新编译；最终完成控制器的 硬件电路设计；(4) 在MIPS-CPU指令系统的数据通路基础上，增加控制单元电路，并进行编译，仿真波 形和调试。根据仿真波形，验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新 编译；(5 )对增加了控制单元的顶层数据通路设计硬件下载测试方案。将编译通过的电路下载到 实验台中。根据硬件调试结果验证设计的正确性，并对出现的故障进行定位，修改程序，重新编

4、译；最终完成增加了控制单元的顶层数据通路设计。三. 实验原理与步骤1. 把指令执行分成多个阶段，每个阶段在一个时钟周期内完成(1) .时钟周期以最复杂阶段所花时间为准(2) .尽量分成大致相等的若干阶段(3) .每个阶段内最多只能完成：1次访存 或1次寄存器堆读/写 或1次ALU2. 每步都设置相应的存储元件，执行结果都在下个时钟开始保存到相应单元3. 认真阅读书上的控制部件代码后，将其按照电路图进行拆分，拆分为三个部件，并在顶层模块中连接线路。四.实验源代码r.cdule dff 3 (df clkrclxnFq);inpuE2:0 d;inputelk:, elm;output2：0 q；

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21、I032.JQUWG-OC*；f 百庄0 C-ZCT& PIO23-PIOS0 FIO27-FIO2* PIO3VFIO2SHEXI HEXHEX实啊构圍PIO39-PIO32 尹IO福 FIOBFIO1PIO12PIO* 1-FIO3 PIO7-PIO4PIO3-PIO0七. 实验按键显示说明及引脚分配1、本实验按键及显示说明(1)按键说明按键对应功能键1op键2op键3func键4func键7clk键8clrn(2)显示说明数码编号对应结果数码1aluc数码2aluscrb数码3pcsource1.0数码4jal regret m2regD1wregD2sextD3shiftD4selpc

22、D5wmemD6iordD7wirD8wpc引脚分配表:Node NameLocati onop5PIN 238 :op4PIN 237op3PIN 236op2PIN 235 op1PIN 234op0PIN 233funcPIN 7func4PIN 6fun c3PIN 4fun c2PIN 3:fun c1PIN 2fun c0PIN 1zPIN 12clrnPIN 173 1clkPIN 169wpcPIN 160wirPIN 159 :iordPIN 158wmemPIN 141selpcPIN 140shiftPIN 139sextPIN 138wregPIN 137aluc3PI

23、N 136aluc2PIN 135aluc1PIN 134aluc0PIN 133：alusrcb0PIN 21alusrcb1PIN 41pcsource1PIN 18pcsource0PIN 17m2regPIN 15regrtPIN 14 :jalPIN 13八. 测试时的电路总体结构及其说明多周期CPU空制部件的状态转移图给每个状态指宪一十二制编码状态数拓LOG2 5 =3使用3血状态码多周期CPLE制部件的电路结构图实验电路图中佔rat犷VaiETrtWDTOEJF需 Efcnjnr“蚪普:；h ”|wir呱Jrir: ftrw)DHJfwqar Sa d 100唧唧 k-.T;|L

24、L JlIjIiTffifl神HOT5*p?erffmJHi中4*irj化严Erw迅旳119-I瞬出Ei用iwt1Kn *i貳CD 存立工_p pmraC CD M f处花 I *OSBJLMfeiiuT rihap园吐一口 *ATM |= f4 0J怦九. 测试计划（包括计划进行的系统测试、每一测试的测试过程、测试所需的测试数据、预期结果数据等）及其相关说明下一状态函数的真值表1 下疾意qP ：01opd2:0sif0 0 0XsidC 0 1sid0 0 1usir 0 0i jgsifC 0 0Ursir(0 0otherssexeC 1 0sexe0 1 0i beqsiftoosei

25、eo 1 0I bensife 6 Fseie0 1 01 11VvUUAAAhA*sinemiAAXArAC 1 1I sw1sinemt 1 1seie0 1 0otterssub1 0 0smeni0 1 1i lwsu61 0 0inem0 1 11 swsif 00snT)/wWtfWw1 0 0xTsif,A*jut 00实验结果如下:输入输出0505cn状 态指 令Zwr wd o im m w03 u acsf s01 c s u ag wg g ra JXXsifxX100000X000100110000000011Xi_jX111000X000100010000000011Xi_jalX111100X000100111001000000001000sidi_jrX110000X000000010000XXi-othe rsX000000X000100110000000000Xi_addX0xx0x0X0000000x0xx0000000Xi_subX000000X100000010000000000100000i_andX0