ARM桶形移位器

1、计算机组成原理实验实验报告第 5次实验： 桶形移位器实验 姓名： 学号： 111220120 11级 计算机科学与技术系 03 班邮箱：时间：2012年10月18日一， 实验目的： 1、学习掌握桶形移位器的工作原理。 2、掌握桶形移位器的设计方法。二， 实验设备：1、装有Quartus II的计算机一台。 2、Altera DE2-70开发板或Altera DE2-115开发板一块。三，实验原理图：Mips 8位桶形移位器方框图：Mips 8位桶形移位器组逻辑图：ARM32 位桶形移位器方框图：ARM32位桶形移位器逻辑图：四，实验任务：1、用Verilog HDL语言或VHDL 语言来编写，

2、实现MIPS32位CPU中的桶形移位器。并在Quartus II上实现模拟仿真。 2、用Verilog HDL语言或VHDL 语言来编写，在Altera DE2-70开发板或Altera DE2-115开发板上实现一个8位的桶形移位器（如图3.2.4.1）。不MIPS32位CPU中的桶形移位器原理相同，使其能够正常工作。 3、用Verilog HDL语言或VHDL 语言来编写，实现ARM32位CPU中的桶形移位器。并在Quartus II上实现模拟仿真。五 实验步骤1， 做Mips8位桶形移位器：代码设计思想：Mips桶形移位器共有四种移位方式：逻辑左移，逻辑右移，算术右移，循环右移。其中，逻

3、辑左移和逻辑右移比较简单，先进行移位，在给空位填0就行。算术右移和逻辑右移有所差别。算术右移时，先进行右移，再在高位填上符号位。如果符号位为0，则可以和逻辑右移合并在一起，如果符号位为1，则只需先移位，再在高位填1就行。输入实验代码：module shifter_111220120(in,op,out,amount);input 7:0in;input 1:0op;input 2:0amount;output reg 7:0out;always(op or in or amount)case(op)0:begincase(amount)3'b000:out<=in;3'b

4、001:out<=in6:0,1'b0;3'b010:out<=in5:0,2'b0;3'b011:out<=in4:0,3'b0;3'b100:out<=in3:0,4'b0;3'b101:out<=in2:0,5'b0;3'b110:out<=in1:0,6'b0;3'b111:out<=in0,7'b0;endcaseend1:begincase(amount)3'b000:out<=in;3'b001:out<=1

5、'b0,in7:1;3'b010:out<=2'b0,in7:2;3'b011:out<=3'b0,in7:3;3'b100:out<=4'b0,in7:4;3'b101:out<=5'b0,in7:5;3'b110:out<=6'b0,in7:6;3'b111:out<=7'b0,in7;endcaseend2:beginif(in7=0)begincase(amount)3'b000:out<=in;3'b001:out<=

6、1'b0,in7:1;3'b010:out<=2'b0,in7:2;3'b011:out<=3'b0,in7:3;3'b100:out<=4'b0,in7:4;3'b101:out<=5'b0,in7:5;3'b110:out<=6'b0,in7:6;3'b111:out<=7'b0,in7;endcaseendelsebegincase(amount)3'b000:out<=in;3'b001:out<=1'b1,in

7、7:1;3'b010:out<=2'b10,in7:2;3'b011:out<=3'b100,in7:3;3'b100:out<=4'b1000,in7:4;3'b101:out<=5'b10000,in7:5;3'b110:out<=6'b100000,in7:6;3'b111:out<=7'b1000000,in7;endcaseendend3:begincase(amount)3'b000:out<=in;3'b001:out<=

8、in0,in7:1;3'b010:out<=in1:0,in7:2;3'b011:out<=in2:0,in7:3;3'b100:out<=in3:0,in7:4;3'b101:out<=in4:0,in7:5;3'b110:out<=in5:0,in7:6;3'b111:out<=in6:0,in7;endcaseenddefault:;endcaseendmodule建立代码文件：分析综合成功：建立仿真：导入提前配置好的引脚文件：全编译成功：之后下载在开发板上实现。2， 做Mips32位桶形移位器：代码设计

9、思想：与八位的设计思路相同。其中，逻辑右移和逻辑左移比较简单，只需要先移位，再添加0就行。而算术右移则要求在高位添加符号位：高位为0时out<=amount'b0,in31:amount;高位为1时out<=1'b1,amount-1'b0,in31:amount;代码如下：module shifter_32bits(in,op,out,amount);input 31:0in;input 1:0op;input 4:0amount;output reg 31:0out;always(op or in or amount)case(op)0:begincas

10、e(amount)5'b00000:out<=in;5'b00001:out<=in30:0,1'b0;5'b00010:out<=in29:0,2'b0;5'b00011:out<=in28:0,3'b0;5'b00100:out<=in27:0,4'b0;5'b00101:out<=in26:0,5'b0;5'b00110:out<=in25:0,6'b0;5'b00111:out<=in24:0,7'b0;5'b0

11、1000:out<=in23:0,8'b0;5'b01001:out<=in22:0,9'b0;5'b01010:out<=in21:0,10'b0;5'b01011:out<=in20:0,11'b0;5'b01100:out<=in19:0,12'b0;5'b01101:out<=in18:0,13'b0;5'b01110:out<=in17:0,14'b0;5'b01111:out<=in16:0,15'b0;5'

12、b10000:out<=in15:0,16'b0;5'b10001:out<=in14:0,17'b0;5'b10010:out<=in13:0,18'b0;5'b10011:out<=in12:0,19'b0;5'b10100:out<=in11:0,20'b0;5'b10101:out<=in10:0,21'b0;5'b10110:out<=in9:0,22'b0;5'b10111:out<=in8:0,23'b0;5

13、9;b11000:out<=in7:0,24'b0;5'b11001:out<=in6:0,25'b0;5'b11010:out<=in5:0,26'b0;5'b11011:out<=in4:0,27'b0;5'b11100:out<=in3:0,28'b0;5'b11101:out<=in2:0,29'b0;5'b11110:out<=in1:0,30'b0;5'b11111:out<=in0,31'b0;endcaseend

14、1:begincase(amount)5'b00000:out<=in;5'b00001:out<=1'b0,in31:1;5'b00010:out<=2'b0,in31:2;5'b00011:out<=3'b0,in31:3;5'b00100:out<=4'b0,in31:4;5'b00101:out<=5'b0,in31:5;5'b00110:out<=6'b0,in31:6;5'b00111:out<=7'b0,in31:

15、7;5'b01000:out<=8'b0,in31:8;5'b01001:out<=9'b0,in31:9;5'b01010:out<=10'b0,in31:10;5'b01011:out<=11'b0,in31:11;5'b01100:out<=12'b0,in31:12;5'b01101:out<=13'b0,in31:13;5'b01110:out<=14'b0,in31:14;5'b01111:out<=15'b

16、0,in31:15;5'b10000:out<=16'b0,in31:16;5'b10001:out<=17'b0,in31:17;5'b10010:out<=18'b0,in31:18;5'b10011:out<=19'b0,in31:19;5'b10100:out<=20'b0,in31:20;5'b10101:out<=21'b0,in31:21;5'b10110:out<=22'b0,in31:22;5'b10111:out&

17、lt;=23'b0,in31:23;5'b11000:out<=24'b0,in31:24;5'b11001:out<=25'b0,in31:25;5'b11010:out<=26'b0,in31:26;5'b11011:out<=27'b0,in31:27;5'b11100:out<=28'b0,in31:28;5'b11101:out<=29'b0,in31:29;5'b11110:out<=30'b0,in31:30;5'

18、;b11111:out<=31'b0,in31;endcaseend2:beginif(in31=0)begincase(amount)5'b00000:out<=in;5'b00001:out<=1'b0,in31:1;5'b00010:out<=2'b0,in31:2;5'b00011:out<=3'b0,in31:3;5'b00100:out<=4'b0,in31:4;5'b00101:out<=5'b0,in31:5;5'b00110:out

19、<=6'b0,in31:6;5'b00111:out<=7'b0,in31:7;5'b01000:out<=8'b0,in31:8;5'b01001:out<=9'b0,in31:9;5'b01010:out<=10'b0,in31:10;5'b01011:out<=11'b0,in31:11;5'b01100:out<=12'b0,in31:12;5'b01101:out<=13'b0,in31:13;5'b01110

20、:out<=14'b0,in31:14;5'b01111:out<=15'b0,in31:15;5'b10000:out<=16'b0,in31:16;5'b10001:out<=17'b0,in31:17;5'b10010:out<=18'b0,in31:18;5'b10011:out<=19'b0,in31:19;5'b10100:out<=20'b0,in31:20;5'b10101:out<=21'b0,in31:21;

21、5'b10110:out<=22'b0,in31:22;5'b10111:out<=23'b0,in31:23;5'b11000:out<=24'b0,in31:24;5'b11001:out<=25'b0,in31:25;5'b11010:out<=26'b0,in31:26;5'b11011:out<=27'b0,in31:27;5'b11100:out<=28'b0,in31:28;5'b11101:out<=29'

22、;b0,in31:29;5'b11110:out<=30'b0,in31:30;5'b11111:out<=31'b0,in31;endcaseendelsebegincase(amount)5'b00000:out<=in;5'b00001:out<=1'b1,in31:1;5'b00010:out<=1'b1,1'b0,in31:2;5'b00011:out<=1'b1,2'b0,in31:3;5'b00100:out<=1'b1

23、,3'b0,in31:4;5'b00101:out<=1'b1,4'b0,in31:5;5'b00110:out<=1'b1,5'b0,in31:6;5'b00111:out<=1'b1,6'b0,in31:7;5'b01000:out<=1'b1,7'b0,in31:8;5'b01001:out<=1'b1,8'b0,in31:9;5'b01010:out<=1'b1,9'b0,in31:10;5'

24、b01011:out<=1'b1,10'b0,in31:11;5'b01100:out<=1'b1,11'b0,in31:12;5'b01101:out<=1'b1,12'b0,in31:13;5'b01110:out<=1'b1,13'b0,in31:14;5'b01111:out<=1'b1,14'b0,in31:15;5'b10000:out<=1'b1,15'b0,in31:16;5'b10001:out&l

25、t;=1'b1,16'b0,in31:17;5'b10010:out<=1'b1,17'b0,in31:18;5'b10011:out<=1'b1,18'b0,in31:19;5'b10100:out<=1'b1,19'b0,in31:20;5'b10101:out<=1'b1,20'b0,in31:21;5'b10110:out<=1'b1,21'b0,in31:22;5'b10111:out<=1'b1,

26、22'b0,in31:23;5'b11000:out<=1'b1,23'b0,in31:24;5'b11001:out<=1'b1,24'b0,in31:25;5'b11010:out<=1'b1,25'b0,in31:26;5'b11011:out<=1'b1,26'b0,in31:27;5'b11100:out<=1'b1,27'b0,in31:28;5'b11101:out<=1'b1,28'b0,in

27、31:29;5'b11110:out<=1'b1,29'b0,in31:30;5'b11111:out<=1'b1,30'b0,in31;endcaseendend3:begincase(amount)5'b00000:out<=in;5'b00001:out<=in0,in31:1;5'b00010:out<=in1:0,in31:2;5'b00011:out<=in2:0,in31:3;5'b00100:out<=in3:0,in31:4;5'b0010

28、1:out<=in4:0,in31:5;5'b00110:out<=in5:0,in31:6;5'b00111:out<=in6:0,in31:7;5'b01000:out<=in7:0,in31:8;5'b01001:out<=in8:0,in31:9;5'b01010:out<=in9:0,in31:10;5'b01011:out<=in10:0,in31:11;5'b01100:out<=in11:0,in31:12;5'b01101:out<=in12:0,in31:1

29、3;5'b01110:out<=in13:0,in31:14;5'b01111:out<=in14:0,in31:15;5'b10000:out<=in15:0,in31:16;5'b10001:out<=in16:0,in31:17;5'b10010:out<=in17:0,in31:18;5'b10011:out<=in18:0,in31:19;5'b10100:out<=in19:0,in31:20;5'b10101:out<=in20:0,in31:21;5'b101

30、10:out<=in21:0,in31:22;5'b10111:out<=in22:0,in31:23;5'b11000:out<=in23:0,in31:24;5'b11001:out<=in24:0,in31:25;5'b11010:out<=in25:0,in31:26;5'b11011:out<=in26:0,in31:27;5'b11100:out<=in27:0,in31:28;5'b11101:out<=in28:0,in31:29;5'b11110:out<=i

31、n29:0,in31:30;5'b11111:out<=in30:0,in31;endcaseenddefault:;endcaseendmodule建立代码文件：分析综合成功：建立波形文件并仿真：1op为0：逻辑左移2op为1：逻辑右移3op为2：算术左移4op为3：循环右移全编译成功：3， ARM32位桶形移位器：代码设计思想：ARM32位桶形移位器在代码设计方面和mips32位的桶形移位器有些类似，只是ARM的多了进位和溢出位已经RRX带C循环右移1位操作。在代码设计的时候，还是把每种情况都分开来写，这样比较明了。输入实验代码：module ARM_shifter_32bi

32、ts_111220120(in,op,out,amount,carry_flag,carry_out);input 31:0in;input 2:0op;input 4:0amount;input carry_flag;output reg carry_out;output reg 31:0out;reg c;always(op or in or amount)case(op)0:begincase(amount)5'b00000:begin out<=in; carry_out=0;end5'b00001:begin out<=in30:0,1'b0; c

33、arry_out=in31;end5'b00010:begin out<=in29:0,2'b0; carry_out=in30;end5'b00011:begin out<=in28:0,3'b0; carry_out=in29;end5'b00100:begin out<=in27:0,4'b0; carry_out=in28;end5'b00101:begin out<=in26:0,5'b0; carry_out=in27;end5'b00110:begin out<=in25:0,6

34、'b0; carry_out=in26;end5'b00111:begin out<=in24:0,7'b0; carry_out=in25;end5'b01000:begin out<=in23:0,8'b0; carry_out=in24;end5'b01001:begin out<=in22:0,9'b0; carry_out=in23;end5'b01010:begin out<=in21:0,10'b0; carry_out=in22;end5'b01011:begin out&l

35、t;=in20:0,11'b0; carry_out=in21;end5'b01100:begin out<=in19:0,12'b0; carry_out=in20;end5'b01101:begin out<=in18:0,13'b0; carry_out=in19;end5'b01110:begin out<=in17:0,14'b0; carry_out=in18;end5'b01111:begin out<=in16:0,15'b0; carry_out=in17;end5'b10

36、000:begin out<=in15:0,16'b0; carry_out=in16;end5'b10001:begin out<=in14:0,17'b0; carry_out=in15;end5'b10010:begin out<=in13:0,18'b0; carry_out=in14;end5'b10011:begin out<=in12:0,19'b0; carry_out=in13;end5'b10100:begin out<=in11:0,20'b0; carry_out=in

37、12;end5'b10101:begin out<=in10:0,21'b0; carry_out=in11;end5'b10110:begin out<=in9:0,22'b0; carry_out=in10;end5'b10111:begin out<=in8:0,23'b0; carry_out=in9;end5'b11000:begin out<=in7:0,24'b0; carry_out=in8;end5'b11001:begin out<=in6:0,25'b0; car

38、ry_out=in7;end5'b11010:begin out<=in5:0,26'b0; carry_out=in6;end5'b11011:begin out<=in4:0,27'b0; carry_out=in5;end5'b11100:begin out<=in3:0,28'b0; carry_out=in4;end5'b11101:begin out<=in2:0,29'b0; carry_out=in3;end5'b11110:begin out<=in1:0,30'b0

39、; carry_out=in2;end5'b11111:begin out<=in0,31'b0; carry_out=in1;endendcaseend1:begincase(amount)5'b00000:begin out<=in;carry_out=0;end5'b00001:begin out<=1'b0,in31:1; carry_out=in0;end5'b00010:begin out<=2'b0,in31:2;carry_out=in1;end5'b00011:begin out<=

40、3'b0,in31:3;carry_out=in2;end5'b00100:begin out<=4'b0,in31:4;carry_out=in3;end5'b00101:begin out<=5'b0,in31:5;carry_out=in4;end5'b00110:begin out<=6'b0,in31:6;carry_out=in5;end5'b00111:begin out<=7'b0,in31:7;carry_out=in6;end5'b01000:begin out<=

41、8'b0,in31:8;carry_out=in7;end5'b01001:begin out<=9'b0,in31:9;carry_out=in8;end5'b01010:begin out<=10'b0,in31:10;carry_out=in9;end5'b01011:begin out<=11'b0,in31:11;carry_out=in10;end5'b01100:begin out<=12'b0,in31:12;carry_out=in11;end5'b01101:begin

42、out<=13'b0,in31:13;carry_out=in12;end5'b01110:begin out<=14'b0,in31:14;carry_out=in13;end5'b01111:begin out<=15'b0,in31:15;carry_out=in14;end5'b10000:begin out<=16'b0,in31:16;carry_out=in15;end5'b10001:begin out<=17'b0,in31:17;carry_out=in16;end5

43、9;b10010:begin out<=18'b0,in31:18;carry_out=in17;end5'b10011:begin out<=19'b0,in31:19;carry_out=in18;end5'b10100:begin out<=20'b0,in31:20;carry_out=in19;end5'b10101:begin out<=21'b0,in31:21;carry_out=in20;end5'b10110:begin out<=22'b0,in31:22;carry_o

44、ut=in21;end5'b10111:begin out<=23'b0,in31:23;carry_out=in22;end5'b11000:begin out<=24'b0,in31:24;carry_out=in23;end5'b11001:begin out<=25'b0,in31:25;carry_out=in24;end5'b11010:begin out<=26'b0,in31:26;carry_out=in25;end5'b11011:begin out<=27'b0,

45、in31:27;carry_out=in26;end5'b11100:begin out<=28'b0,in31:28;carry_out=in27;end5'b11101:begin out<=29'b0,in31:29;carry_out=in28;end5'b11110:begin out<=30'b0,in31:30;carry_out=in29;end5'b11111:begin out<=31'b0,in31;carry_out=in30;endendcaseend2:beginif(in31=

46、0)begincase(amount)5'b00000:begin out<=in;carry_out=0;end5'b00001:begin out<=1'b0,in31:1; carry_out=in0;end5'b00010:begin out<=2'b0,in31:2;carry_out=in1;end5'b00011:begin out<=3'b0,in31:3;carry_out=in2;end5'b00100:begin out<=4'b0,in31:4;carry_out=in

47、3;end5'b00101:begin out<=5'b0,in31:5;carry_out=in4;end5'b00110:begin out<=6'b0,in31:6;carry_out=in5;end5'b00111:begin out<=7'b0,in31:7;carry_out=in6;end5'b01000:begin out<=8'b0,in31:8;carry_out=in7;end5'b01001:begin out<=9'b0,in31:9;carry_out=in

48、8;end5'b01010:begin out<=10'b0,in31:10;carry_out=in9;end5'b01011:begin out<=11'b0,in31:11;carry_out=in10;end5'b01100:begin out<=12'b0,in31:12;carry_out=in11;end5'b01101:begin out<=13'b0,in31:13;carry_out=in12;end5'b01110:begin out<=14'b0,in31:14

49、;carry_out=in13;end5'b01111:begin out<=15'b0,in31:15;carry_out=in14;end5'b10000:begin out<=16'b0,in31:16;carry_out=in15;end5'b10001:begin out<=17'b0,in31:17;carry_out=in16;end5'b10010:begin out<=18'b0,in31:18;carry_out=in17;end5'b10011:begin out<=19

50、'b0,in31:19;carry_out=in18;end5'b10100:begin out<=20'b0,in31:20;carry_out=in19;end5'b10101:begin out<=21'b0,in31:21;carry_out=in20;end5'b10110:begin out<=22'b0,in31:22;carry_out=in21;end5'b10111:begin out<=23'b0,in31:23;carry_out=in22;end5'b11000:b

51、egin out<=24'b0,in31:24;carry_out=in23;end5'b11001:begin out<=25'b0,in31:25;carry_out=in24;end5'b11010:begin out<=26'b0,in31:26;carry_out=in25;end5'b11011:begin out<=27'b0,in31:27;carry_out=in26;end5'b11100:begin out<=28'b0,in31:28;carry_out=in27;en

52、d5'b11101:begin out<=29'b0,in31:29;carry_out=in28;end5'b11110:begin out<=30'b0,in31:30;carry_out=in29;end5'b11111:begin out<=31'b0,in31;carry_out=in30;endendcaseendelsebegincase(amount)5'b00000:begin out<=in;carry_out=0;end5'b00001:begin out<=1'b1,i

53、n31:1; carry_out=in0;end5'b00010:begin out<=1'b1,1'b0,in31:2; carry_out=in1;end5'b00011:begin out<=1'b1,2'b0,in31:3; carry_out=in2;end5'b00100:begin out<=1'b1,3'b0,in31:4; carry_out=in3;end5'b00101:begin out<=1'b1,4'b0,in31:5; carry_out=in4

54、;end5'b00110:begin out<=1'b1,5'b0,in31:6; carry_out=in5;end5'b00111:begin out<=1'b1,6'b0,in31:7; carry_out=in6;end5'b01000:begin out<=1'b1,7'b0,in31:8; carry_out=in7;end5'b01001:begin out<=1'b1,8'b0,in31:9; carry_out=in8;end5'b01010:beg

55、in out<=1'b1,9'b0,in31:10; carry_out=in9;end5'b01011:begin out<=1'b1,10'b0,in31:11; carry_out=in10;end5'b01100:begin out<=1'b1,11'b0,in31:12; carry_out=in11;end5'b01101:begin out<=1'b1,12'b0,in31:13; carry_out=in12;end5'b01110:begin out<

56、=1'b1,13'b0,in31:14; carry_out=in13;end5'b01111:begin out<=1'b1,14'b0,in31:15; carry_out=in14;end5'b10000:begin out<=1'b1,15'b0,in31:16; carry_out=in15;end5'b10001:begin out<=1'b1,16'b0,in31:17; carry_out=in16;end5'b10010:begin out<=1'b

57、1,17'b0,in31:18; carry_out=in17;end5'b10011:begin out<=1'b1,18'b0,in31:19; carry_out=in18;end5'b10100:begin out<=1'b1,19'b0,in31:20; carry_out=in19;end5'b10101:begin out<=1'b1,20'b0,in31:21; carry_out=in20;end5'b10110:begin out<=1'b1,21'

58、;b0,in31:22; carry_out=in21;end5'b10111:begin out<=1'b1,22'b0,in31:23; carry_out=in22;end5'b11000:begin out<=1'b1,23'b0,in31:24; carry_out=in23;end5'b11001:begin out<=1'b1,24'b0,in31:25; carry_out=in24;end5'b11010:begin out<=1'b1,25'b0,in31:26; carry_out=in25;end5'b11011:begin out<=1&#