广工计组实验报告 - 图文

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实验题目 FPGA芯片实现非流水线的CPU系统(综合实验)

实验九：FPGA芯片实现非流水线的CPU系统

(综合实验)

1实验目的

? 进一步熟悉教学计算机的指令格式、指令编码、寻址方式和指令功能等内容。 ? 进一步熟悉教学计算机的总体组成和各个部件的功能，理解控制器部件在计

算机整机中的关键作用；

? 进一步理解和指令执行步骤的划分方案；

? 进一步熟悉教学计算机的硬连线控制器各个控制命令的控制功能，学习用

VHDL语言描述节拍发生器和控制信号产生部件的功能。

? 进一步理解与熟悉在TH-union教学计算机控制器中处理原有指令和扩展指

令的方案，提高对控制器功能能描述的理解程序。

2实验设备与器材

? TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。

3实验说明和原理

用VHDL语言来描述的CPU的源码文件，经过专用工具软件的编译和综合后，经专用烧录器，把程序下载到FPGA芯片中，就得到了能够正常运行的CPU系统。

4实验内容

控制器实验可以在两个层次上进行：

1) 第一个层次属于观察、验证性的实验，即通过多种方式，察看教学计算

机指令的执行步骤、运行结果、各组控制信号在每一个执行步骤中的状态、指令之间的衔接等有关内容。这个层次的实验，重点在于学懂教学计算机中已有的设计结果，把实现基本指令的VHDL语言程序中的语句描述与教学机的运行结果对应清楚。

2) 第二个层次是学生进行自己的设计与实现新的扩展指令的实验，即在教

学机系统已有指令的基础上，由学生自己添加若干条新的指令进行，包括定义指令格式、功能。划分指令执行步骤和确定每一步的功能，确定每一执行步骤使用的全部控制信号的状态值，使用VHDL语句把新的设计结果描述正确并添加到已有的源程序代码中去，编译、下载并调试正确，写一个包含已有指令和刚刚实现的指令的小程序，检查运行结果的正确性，若发现错误则找出原因并设法改正，直到全部正确为止。