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文檔簡(jiǎn)介
基于FPGA的16位CPU設(shè)計(jì)11.1
KX9016的結(jié)構(gòu)與特色11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.1 單步節(jié)拍發(fā)生模塊11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.2 運(yùn)算器use
IEEE.std_logic_ll64.ell;use
IEEE.srd_logic_unsigned.x
ll;enrity
ALU_V
isport(
e,
b
.
in
std_logic_vecror(lS
downro
0)
;sel
.
in
std_logic
_vecror(3
downto
0);c
.
our
srd_logic_vector(lS
downto
0));endALU_V;architecture
rtl
of
ALU_V
isconstantconstantconstantconstantconstantconstsmtconstsmrconstantconstantconstantbeginelupess
:
std_logic
_vector(3
downto
0)
.=
"0000“,smd0p
.
std_logic_vector(3
downto
0)
:=
"0001",or0p
.
std_logic_vector(
3
dbwnto
0)
:=
“0010“;not0p
.
std_logic_vector(3
downto
0)
:=
"0011",xor0p
.
std_logic_vector(3
downto
0)
.=
"0100";plus
.
std_logic_vector(3
downro
0)
.=
“0101“;sd
usub
:std_logic_vector(3
downro
0)
:=
"0110";inc
:
std_logic_vector(3
downto
0)
:=
"0lll";dec
:
std_logic_vector(3
downto
0)
:=
"1000";zero
:
std_logic_vector(
3
downro
0)
:=
“1001“;process(e,
b,
sel)cese
sel
isbeginwhen
plus
=
>?=
e
t
b
;
--EQUIV?=
e
-
b
; --
)c
?=
e
t
"0000000000000001"c
?=
e
-"0000000000000001"c
<
=
“0000000000000000"
;whenwhenwhenwhenwhenelusubirm
=?dec
=?zero
=>;
--#0l;
--
l
Q-- ? 0--orhers
=>
c
<=
“0000000000000000"
,end
rtl;11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.3 比較器library
IEEE:use
IEEE.std_logic_ll64
.ell:use
IEEE.std
_logic
_erith.ell:use
IEEE.std_logic_unsigned.ell:entity
coep
isport(
a,
b:
in
std_logic
_vector(l5downto
0);{
2
downto
0
):sel
:
in
std_logic_vectorcoepout
:
out
std_logic):end
coep:architecture
rtl
of
cozp
isbeginprocess(e,
b,
sel)begincese
selwhen
eqwhen
neqwhen
gtwhen
gtewhenwhenwhen=>
if
e=
b
then
coapout<='l';=>
if
e/=
b=>
if
a
>b=>
if
e>=bif e<bif
e<=
belse
coipout<
=
'
0':elsecoipout<='0':elsecoipout<='0';elsecoipout<='0';else
coipout<
=
'
0':end
if:end
if:end
if;end
if;end
if:end
if:thenthenthenthencoepout<='l':coipout<='l';coepout<='l';coapout<='l':lt
=>lte
=>thencoepout<='l':
elsecoipout<='0':others
=>
coipout<
=
'
0'
;end
cese:end
process:end
rtl;constanteq:std_logic_vector(2
downto0):=“000“:constantneq:std_logi
c_vector(2
downto0):=“001“;constantgt:std_logic
_vector(2
downto0):=“010“:constantgte:std_logic
_vector(2
downto0):=“011“:constantlt:std_logic_vector(2
downto0):=“100“:constantlte:std_logic
_vector(2
downto0):=“101“;11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.4 基本寄存器與寄存器陣列組1．基本寄存器11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.4 基本寄存器與寄存器陣列組1．基本寄存器11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.4 基本寄存器與寄存器陣列組1．基本寄存器11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.4 基本寄存器與寄存器陣列組1．基本寄存器11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.4 基本寄存器與寄存器陣列組1．基本寄存器11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.4 基本寄存器與寄存器陣列組2．寄存器陣列11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.4 基本寄存器與寄存器陣列組2．寄存器陣列11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.4 基本寄存器與寄存器陣列組2．寄存器陣列11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.5
移位器11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.5
移位器11.2
KX9016基本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.2.6
程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器11.3 KX9016v1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.1
指令格式（1）單字指令。11.3 KX9016v1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.1
指令格式（2）雙字指令。11.3 KX9016v1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.2
指令操作碼11.3 KX9016v1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.2
指令操作碼11.3 KX9016v1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.3
軟件程序設(shè)計(jì)實(shí)例11.3 KX9016v1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.3
軟件程序設(shè)計(jì)實(shí)例11.3 KX9016v1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.4 KX9016v1控制器設(shè)計(jì)1、程序結(jié)構(gòu)2、指令的語(yǔ)句結(jié)構(gòu)end
CONTRLA;conetentconetentconetentconetent?o:;M:[shftpess:
STD_L
OGIC_VECT
OR(2
DOWNTO
0)
:=
"000";
--elupesszeroinc:
STD_L
OGIC_VECT
OR(3
DOWNTO
0)
:=
"0000";--ALUMS:
STD_L
OGIC_VECT
OR(3
DOWNTO:
S
TD_L
OGIC_VECT
OR(3
DOWNTO0)
:=
"1001";--0)
:=
“0111“;--$91’= ”0101”,-- -
+ #$6l
"
STD_[CJ
G!(_VE(TG
R]DO\Y
NTG0)type
etete
is
(resetl,
reset2,
reset3,
execute,
nop,
loed,
store,loed2,
loed3,
loed4,
store2,
store3,
store4,
incPc,
incPc2,
incPc3,loedI2,
loedI3,
loedI4,
loedI5,
loedl6,
inc2,
inc3
,inc4,
move1,
move2?add2,
add3,
add4)
;eignel
cu
rrent_stete,begin.w s K B .w
B
m7G
?next_stete :
etete;
--
Q.o
lly.o
t.o
±sCOM:
process(
current
etete,
instrReg,
compout)begin
--FloydprogC
ntrRd<=’0’;
eddrRegWr<=’0’;
eddrRegRd<=’
0’;out:ReqWr
+=
'0
'
;
o
at:Req
Rd
+=
'0
'
;
eh:i
II:8
e
1+=
eh
II:p
a
e
e
;
a
1
ii3
e
1+=
a
let
p
a
e
e
;
opReqRd
<=
'0
'
;
o
p
ReqW
r
+=
'0
'
;
iri
e
UrW
rd=
'0
'
;
r
eg8
e
1+=
”0
0
0
”
;r
eg
Rd
<=
'0
'
;
r
eqW
rd=
'0
'
;c
a
e
e
com
r
end
ct:
a
be
iehnuoou
Rh 2 ou
R Rdrw+=
'
0
'
;
van
a
<=
'0
'
;;ip;n
x2p
r
o
C
rn
x
r
3dd
R
reset3=
>
vme
<=’1’;execute=
>r
<whenwhenrw<=’0’;
instrWr<=’1’;
next
stete<=
execute;ceee
instrReg(15
downto
11)
is--mt]z
,3when
"00000"next_steteincPc;-- NOP
a#when
“00001“next
eteteloed2;
--
LD
/stwhen"00100"
=>progcntrRd <=<= shftpess;’1’;
elusel
<=
inc
;shiftselnext_stete
<=
loedI2;
--LDR
st<=
inc2;
--
INC
st<-
add2;
-- 9’
9
ADD
st<=whenwhenwhenwhen“00111““01101“"00011"=>
next_stete->
next_
etate=>
next_stetemovel;--
M
OVE
/e
t-- PC
/91others
=
>next_stete
<
=
incPc;end
ceee;loed2=>whenreg
S
el
<=instrReg(5eddrregWr
<=’1’;downto
3);
regRd<=’1’;next_stete
<=
loed3;reg
S
el
<=instrReg(2
downto
0);whenloed3=>vm
e
<=’1’; rw<=’0’;regWr
<=’1’;next_stete
<=
incPc;WHEEadd2
->r
egSel<-inetrReg(5downto
3)
;
--Rl;11.3 KX9016v1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.4 KX9016v1控制器設(shè)計(jì)1、程序結(jié)構(gòu)2、指令的語(yǔ)句結(jié)構(gòu)接下頁(yè)11.3 KX9016v1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.3.4 KX9016v1控制器設(shè)計(jì)3、CPU復(fù)位操作11.3 KX9016v1指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)（7）處理PC。11.3.5
指令設(shè)計(jì)實(shí)例詳解（1）確定功能。（2）確定指令的操作碼。（3）設(shè)定相關(guān)常數(shù)。（4）增加狀態(tài)元素。（5）加入指令操作碼譯碼語(yǔ)句。（6）加入完成實(shí)際指令功能的狀態(tài)轉(zhuǎn)換語(yǔ)句。11.4 KX9016的時(shí)序仿真與硬件測(cè)試11.4.1
時(shí)序仿真與指令執(zhí)行波形分析11.4 KX9016的時(shí)序仿真與硬件測(cè)試11.4.1
時(shí)序仿真與指令執(zhí)行波形分析11.4 KX9016的時(shí)序仿真與硬件測(cè)試11.4.2 CPU工作情況的硬件測(cè)試1、嵌入式邏輯分析儀SignalTap
II測(cè)試與分析11.4 KX901
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