2014版计算机系统综合设计报告

姓 的 浩CPU实现、UART、VGA、4*4运216位定时/计数器、4×4键盘控制器、16716位LED输出、16位拨码开关输入 编址，中断的仲裁采用菊花链固定优先级（不允许抢占和嵌套，能够进行精确中断，进入中断，BIOS的字库、UART串口发送、定时器/计数器、4*4键盘等。mcc，mcc另外，为了更好地适应文法的扩充，mcc屏显示、支持注释、式多文档等功能完整、界面友好IDE。（包括体系结构框图和对结构图的简要解释，重点解释有自己创新点的部分汇编器同时生成器RAM的初始化中断处理程序的.coe文件。816（只完成基础部分的同学只说明完成的设计，无需贴代码， 中缺的代码可以贴1、CPU（IF（ID（EXE （IF（ID执行阶段（EXEALU（MEM（WB1,、2、3同时也起到的作用。如图所示。图3：流水线CPURAM5EXE阶段。如果我们能判断就能有效解决问题。以上只是一般寄存器指令的情况。如果是读器指令Lw，由于正确的的结果须进行延时一周期（IRPC写使能关掉。同时，将下一指令废掉（所有写使能和跳转信号全部归0），这样就不会多执行一条指令。处理器的寄存器主要有4个，分别是EPC，Status,Cause，和Base。用途如下： MIPSbeqID2（NOP递增1。这些指令跳转都是PC<-PC+4+offset，实际上为PC<-PC+1+offset。跳转偏移量的计算方法（offsetCPUALUinputwire[31:0]inA,inB;//输入两个操作数inputwire[2:0]selc;//根据运算的类型选择对应的运算结果用来输出outputreg[31:0]outC;//outputreg[31:0]outH,outL;//和除法相关的输出outputwireoverflow;//当运算发生溢出的时候产生的信号wire[31:0]resultA;ads(.operandA(inA), mul_div(.in0(inA),.in1(inB),.outH(resultH),;logical_operationcompare32lui_operationregisterfinputwire[31:0]outputwire[31:0]qa,qb;//ra,rbreg[31:0]register[31:0];//3232iptwiren,l;/wn为写使能，dclkiptire4:0]ra,bd;/ra,rb为双端口的读出的选择端，rdipwire[31:0]outputwire[31:0]a,qb;//ra,rbreg[31:0]register[1][f:gr] qa=rgitera qb=register[rb];1.3中断的设计MMMstate=0erec执行期间立即响应新的中断，之前地址保存情况（1。假设A是中断固定的地址，是唯一且是固定的，进入执行后，首先”保护现场”，然后读协处务程序的地址，即中断向量表，找到相应的中断服务程序后，其结束的指令是eret指令，他跳于是几号中断，是有这段BIOS的中断程序获取得知的。RAM里的中断服务程序的地址（中断向量表）要有编译器生成（通过.coe进行初始化always@(resetorrst_intorrst_stateorin0orin1orin2orin3reg_int=reg_state=elseif(rst_int==1)begin中断开始响应reg_int<=0;=elseif(rst_state==1)begin中断结束响应reg_state<=0;base<=32’d1;//记录中断源reg_int<=1’b1;//中断信号INT[0]=1’b0;//中断记录位base<=32’d2;//记录中断源reg_int<=1’b1;//中断信号INT[1]=1’b0;//中断记录位base<=32’d3;//记录中断源reg_int<=1’b1;//中断信号INT[2]=1’b0;//中断记录位base=32’d4;//记录中断源reg_int=1’b1;//中断信号INT[3]=1’b0;//中断记录位elseelseif(in0==1’b1&&IE==1’b1&&IM[0]==1’b0)beginINT[0]=base=32’d1;//记录中断源reg_int=1’b1;//中断信号rst_intIO4’b0001;//elseif(in1==1’b1&&IE==1’b1&&IM[1]==1’b0)beginINT[1]=regint=1’b1;//中断信号=rst_intIO4’b0010;//elseif(in2==1’b1&&IE==1’b1&&IM[2]==1’b0)beginINT[2]=base=32’d3;//记录中断源reg_int=1’b1;//中断信号rst_intIO4’b0100;//elseif(in3==1’b1&&IE==1’b1&&IM[3]==1’b0)beginINT[3]=base=32’d4;//记录中断源reg_int=1’b1;//中断信号rst_intIO4’b1000;//一样的是，外设只有16位的数据处理能力。1Mem MemIipt[15:0]address;outputregMemOrIO;outputreg[31:0]cs;wre[31:0]out; iaalways@(addressorout)beginif(adre[5]==8'hff)beginMemOrIO<=1'b0;cs<=ouelseMemOrIO<=1'b1;cs<=20;1.4.2应位，并在相应的COUT脚输出一个时钟的中断（高电平。在相应的COUT脚输出一个时钟的中断（高电平。状态寄存器在 后 （后两位方式寄存器（只写）addr[2:0]:状态寄存器（只读）addr[2:0]:初始值寄存器（只写）addr[2:0]:当前值寄存器（只读）addr[2:0]: 7LED，从到低位排列。由于Minisys键值定义：0~123A456B789C0FED指的就是第1行第一列，为1。UARTalways@(posedgeclk)if(TxD_start)state<=if(BaudTick)state<=01234567//stop4'b0010:if(BaudTick)state<=4'b0000; default:if(BaudTick)state<=4'b0000;//Outputmuxregmuxbit;always@(*)3'd0:muxbit<=TxD_dataD[0];3'd1:muxbit<=TxD_dataD[1];3'd2:muxbit<=TxD_dataD[2];3'd3:muxbit<=TxD_dataD[3];3'd4:muxbit<=TxD_dataD[4];3'd5:muxbit<=TxD_dataD[5];3'd6:muxbit<=TxD_dataD[6];3'd7:muxbit<=//Puttogetherthestart,dataandstopbitsregTxD;always@(posedgeclk)TxD<=(state<4)|(state[3]&VGAreg always@(posedgeclk_25mornegedgerst_n)if(!rst_n)hsync_r<=1'b1;else t10'd0)hsync_r1'b0;//产生hsyncelse t==10'd96)hsync_r<=always@(posedgeclk_25mornegedgeif(!rst_n)vsync_r<=1'b1;elseif( t==10'd0)vsync_r<=1'b0;//产生vsync信号elseif( t==10'd2)vsync_r<=1'b1;assignhsync=hsync_r;assignvsync=mccC++VisualStudio2013CommunityEditionBIOSBIOS能。为此，mccMiniCComplierAssembler（mcca，mccaMIPS并且它负责处理用户程序和系统调用的。mccparser.ytoken，tokenenumtokens.l<unistd.h>为#include<stdio.h>和#include<io.h>mcc/main.cpptoken，并停止进一步的解析。关于语法树的描述，见第2小节。相关的文件见工程mcc/parser 句。而一个MiniC文件由一系列的 收集起来，增加了一个MccRobot类，并使用单例模式提供了一个全局的唯一

目前设计的UML图如图X。图8：语义检查模块UML图2CheckerError变量的类型在语法void，但语义inti;//voidi;//定义的参数名是否确intmain(int);//okintmain(int){..}//语法上允许breakwhile所在行号以及语句的类型（breakcontinue。制，（1）变量名作用域唯一，MiniC存在两种域，全以及的ID的名字MiniClabel+数字的组合，需方法generate_code。通过MccRobot对象的generate_code方法，依次遍历语法树结点（调用代码生成需要考虑运行时的内存分配，活动记录等一系列操作的问题，为简化问题，mcc采用都在运行时当前方法调用的活动记录（栈）中，通过与活动记录指针（$t0）的偏移量来进行。程序栈指针被初始化为3999，全局变量集中放在栈底。图

图录的移除而释放掉，而全局变量是集中放在栈底的，是不会被释放掉的（OSinti;intk; --器32bits编 -- i即$fp- j即$fp-4j[i]$fp- k即$fp---上图为局部变量的例子，全局变量类似，唯一的区别在于，全局变量的$fp4000，而不是//计算出数组$v0//结果的地址lw$v0//计算出值addiu$v0$zero$v0(2)数组变量addiu$v0$zeroaddress//查找出数组的址存至$v0//目标地址(3)端口addiu$v0$zero//赋值//position由编译器生成代码时保存起来，为相对$fp1.全局变量1.1.数组变量addiu$v0$zero addiu$v1$zero1.2.普通变量addiu$v0$zero4000lw$v0(-2.局部变量2.1.数组变量addiu$v1$zeropositionsubu$v0$fp$v12.2.普通变量lw$v0(-j//break_labelj//continue_label//条件beq$v0$zero//false_branch_labelj //false_branch_label //如果有的话 //条件beq$v0$zero //break_label //While //跳出whileMccIntLi, ori$v0$zero //$v0=lui$v1 //$v1 //$v0=,addi$v0$zero addiu$sp$sp //poplocal_var_sizelw$ra //取出返回地址addiu$sp$spargs_fp_size //pop，args_fp_size由lw$fp jr //保存 //计算并保存参数 //计算并保存参数jal addiu$v1$zero //size//如果包含定义（即非方法往 addu$fp$zero //设置 //保存 //局部变量… //局部变量 //语句… //语句（包含在条件语句体里的不算addiu$sp$sp //poplocal_var_sizelw$ra //取出返回地址addiu$sp$spargs_fp_size //pop，args_fp_size由lw$fp0($sp) $fpjr$ra//回调方法（无参数sw$v00($sp) //Push($v0)addiu$v0$zero1sw$v10($sp) //Push($v1)addiu$v1$zero1sw$fp0($sp) //Push($fp)andset$fpaddu$fp$zero$spaddiu$v1$zero1subu$sp$sp //局部变量… //局部变量 //语句… //语句addiu$sp$sp lw$fp //恢复寄存器lw$v12($sp)lw$v03($sp)addiu$sp$sp3 //计算值nor$v0$v0(2)subu$v0$zero(3)//不需要(4)sltu$v0$zero(5)lw$v0 //左操作数(3) //保存左操作数 //右操作数sltu$v0$zero(2)addiu$v0$zero0jbranch_endaddiu$v0$zero1(3)addiu$v0$zero0jbranch_endaddiu$v0$zero1(4)slt$v0$v0$v1sltu$v0$zero$v0(5)slt$v0$v1(6)slt$v0$v0(7)slt$v0$v1$v0sltu$v0$zero$v0(8)and$v0$v1$v0sltu$v0$zero$v0(9)(10)sub$v0$v1(11)mflo$v0(12)div$v1mflo(13)div$v1mfhi(14)and$v0$v1(15)xor$v0$v1(16)sllv$v0$v1(17)srlv$v0$v1(18)or$v0$v1mccaMiniCCompilermccaBIOS的目标代码。Mcca在启动时会一个bios-init文件，该文件由四部分构成，以%%符号进行分隔。各部分含义如下：如果用户程序没有定义main函数，将出现错误。通过合理的解析bios-init文件，可以让mcca正确的系统调用及用户程序。在到第二部分时，mccamainmain到第为了让用户自己编写中断处理程序，我们在mcc中特殊处理了interrupt0、interrupt1label，ram.coe的开头，以供中断处理查询中断处理向量表时获取到相应的中断处理程序的rom.coe提供了默认的中断处理方法，比以该地址正确的生成ram.coe。3mcc 扫描器(Scanner)Syntacticysis中)可以依据语言语法，组词成句；机器码（对应于把读入的字符串同“ORG_CODE”进行匹配，如果一样确，否则就是出错。出错后，调用相应的错误处理程序(同样在Syntacticysis中)，一旦有错，程序终止退出。操作，一旦语法分析得出一句完成的结论，就将*CMD汇编器的关键是语则的定义，语法分析和词法分析都是严格按照语

图

找 Next 18: 19: 20: 21: 22: 23: 24:25:26:27:28:29:<N_CODE30: 31:32: 33:34:35:36:37:38:39:则40:41:42: 44: 45: 46: 4、IE我组IDE使用Qt开发完成。语法 foreach(constHighlightRule&rule,{QRegExpintindex=expression.indexIn(text);while(index>=0){intlength=expression.matchedLength();setFormat(index,length,rule.format);index=expression.indexIn(text,index+}} QRegExpcommentStartExpression=QRegExp("/\\*");QRegExpcommentEndExpression=QRegExp("\\*/"); intcommentStartIndex=if(previousBlockState()!={commentStartIndex=}while(commentStartIndex>={intcommentEndIndex=commentEndExpression.indexIn(text,intcommentLength=if(commentEndIndex==-{commentLength=text.length()-}{commentLength=commentEndIndex-commentStartIndex+}setFormat(commentStartIndex,commentLength, commentStartIndex=commentStartExpression.indexIn(text,commentStartIndex+}{HighlightRuleQTextCharFormatfunctionFormat;rule.pattern=QRegExp("\\b[A-Za-z_]+[A-Za-z0-9_]*(?=\\s*\\()");rule.format=functionFormat;}{if(this-{}{}}{"C/C++file(*.h*.c*.cpp);;Allfile(*.*)");if{}{QTextEdit*edit=newCodeEdit(fileName);connect(edit,SIGNAL(textChanged()),}}CodeEdit*edit=(CodeEdit*)m_tabManager->currentWidget();if(edit!=NULL){if(edit->m_file!={QStringfileName=edit->m_file-}}piler=new { 5、BIOSBIOSDATAORG_DATA0DFCH LEDDATADW DATAENDSCODE $SP,$ZERO,4000 $T0,$ZERO,0 $T1,$ZERO,0014H $T2,55AAH $T2,$T2,55AAH $T3,0AA55H $T3,$T3, $S0,$ZERO, ;RAM $T8, $T2, $T4, $T4,$T2,0014H $T3,0($T0) $T4, $T4,$T3, ;跳到 $T8,0($T0) $T0,$T1,0001H $T0,$T0,1H $T5,FF18H($0) $T0,$T5,1H $T0,$ZERO,000aH;没按键的时候有按键信息，出错CHKLED:ANDI$T0,$ZERO,0 $T1,$ZERO,02b66H $T0,FF00H($ZERO) $T2,$T2,-1 $T2,$ZERO,-3 $T0,$T0, $T0,$T1,-7 ZO,$ZERO,0H ZO,$ZERO,0H RR:SW $S,FF00H($ZERO);在数码管上输出错误码 $T0,$T0,0H $V0, $0,$ZERO, 24 ;lw2425 ;jr CODEENDSBIOSCintsystem(intm,intn,int//m:systemcall//1.numled:show//3.lightled:show//4.switchbutton:read//5.keyboard:readinti;int$0xFF00=n;//1.numled:shownumberi=n;}elseif(m==2){t=$0xFF20=t;//2.VGA:shownumberi=t;}elseif(m==3)$0xFF08=n;//3.lightled:shownumberi=n;}elseif(m==4)i=$0xFF10;//4.switchbutton:read}elsei=$0xFF18;//5.keyboard:read}}本组设计的MiniSys（地操作intmain(voidvoidintd所有变量需在最开始统一intf;intx;inty;intr;{d=$0xFF10;//外f=d&if(f==x=d&0x3FFF;y=$0xFF18;$0xFF00xy$0xFF08=x+}elseif(f0x4000){x=d&0x3FFF;yr=x-if(r>=0$0xFF00=}$0xFF00=-}}elseifx=d&0x3FFF;y=$0xFF18;r=x*$0xFF00=$0xFF20=r%}x=d&0x3FFF;y=$0xFF18;r=x/$0xFF40=$0xFF00=}}return} intintx;inty;intx=0;y=z=count=$0xFF382;$0xFF3C=$0xFF2860000;$0xFF2A=$0xFF2C=x=if((x>=1)&&(x<count=count+1; }elseif((x>=10000)&&(x<20000)){y=system(4,0,0);z=}}return}%mcc.exe%mcc.exe%mcc.exetest#relative%mcc.exeC:\Users\XXX\Desktop\test#absolutecodeseg和codeends。org_data416hH进制数，最后同样需要加h(H),16进制数之间需用“,”分隔。续定义org_code，但要保证不能和之前 $v(0~1)|$a(0~3)|$t(0~9)|$s(0~9)|$i(0~1)|$sp|$ra|$zero|$(0~31) 过65535)。二进制需以b(B)结尾，十六进制必须以h(H)结尾，十进制无字母结尾。 b,100,-200,0ffeH 过31。lw$V0,1234h($zero)sw$at,buf($28)sw$a1,buf+4($28)DATAORG_DATA0DFCH DATAENDSCODEORG_CODE0000H P$ZERO,4000;初始化$SP $0,$ZERO,0 $1,$ZERO,0014H $2,55AAH 2,2,55AAH $3,0AA55H $3,$3, $0,$ZERO, ;A $80($T0) ,0($T0) , ,$2,0014H ;跳到ERROR ,0($T0) , ,$3, ;跳到 ,0($T0) ,$1,0001H ,$0,1H $5FF18H($0) $0,$5,1H $0,$ZERO,000aH;没按键的时候有按键信息，出错 $0,$ZERO,0 $1,$ZERO,02b66H $2,$ZERO, $0,FF00H($ZERO) $2,$2,-1 $2,$ZERO,-3 $0,$0,0457H $0,$1,-7 ;跳到DIPS $ZERO,$ZERO,0H;O $ZERO,$ZERO,0H;OERROR:SW $S0,FF00H($ZERO);在数码管上输出错误码 $0,$0,0H $0, $V0,$ZERO,0 0000024 读;w2425 ;jr CODE3、IE 2 （贴关键的能说明问题的时序图，可以竖贴图15：仿真图1outInst：当前ID阶段的指令（16进制）currentPCDout：当前ID阶段指令的PC值0条指令：luioutPC的值(ALU输出)为-2147483648。1(310)。1条指令：mtc0指令，初始化status协处理器的中断控制位。第3条指令：sll空指令第14条指令：addi指令，初始化$1寄存器=115条指令：sllv1第17条指令：延迟槽指令，空指令sll14条指令：延迟槽指令，初始化$118条指令：srl第20条指令：延迟槽指令，空指令sll22条指令：J第6条指令：mfc0base协处理器，得到中断向量号8条指令：根据中断向量表取出的值进行跳转,jrlw指令有数据相关，所以该指令第23条指令：中断处理程序的第一条指令，LW4*4键盘的值第24条指令：乘法指令，计算键盘输入值的平方26条指令：将乘法的结果写入数码管第28条指令：延迟槽指令，空指令sll（资源使用情况、主频、功耗数据和自我分析，可参考验收表的项目测试2

图上板安全时钟频率（00（01（10示在数码管上，模16后结果显示在VGA屏幕上；除法的结果显示在数码管和低8位发送串口上。MiniC{intd;intf;intx;inty;intr;{d=f=d&if(f==x=d&0x3FFF;y=$0xFF18;$0xFF00=x+$0xFF08=x+}elseif(f0x4000){x=d0x3FFF;yr=x-ifif(r>=0$0xFF00=}$0xFF00=-}}else(f==0x8000){=d&0x3FFF;=r=x*$0xFF00=$0xFF20=r%}x=d&0x3FFF;y=$0xFF18;r=x/$0xFF40=$0xFF00=}}} 、系统调用综合测主要功能是设置和开启定时器和后，会驱