利用Verilog HDL设计顶层电路模型，把前面实验设计的ALU、寄存器堆和存储器进行连接，搭建支持下表所示6条LA32R指令功能的数据通路。整个电路结构自行设计。要求在Vivado环境下，完成仿真测试。 指令 功能 说明 add.w rd,rj,rk GR[rd]⟵GR[rj]+GR[rk] 加法 slt rd,rj,rk if (GR[rj]<GR[rk]) GR[rd]⟵1 else GR[rd]⟵0 带符号数的大小比较 sltu rd,rj,rk if (GR[rj]<GR[rk]) GR[rd]⟵1 else GR[rd]⟵0 无符号数的大小比较 lu12i.w rd,si20 GR[rd] ⟵si20 || 12’b0 GR[rd]的高20位为si20，低12位为0 st.w rd,rj,si12 Addr⟵GR[rj] + Signextend(si12) , M[Addr]⟵GR[rd] 把GR[rd]的值存入内存Addr单元， ld.w rd,rj,si12 Addr⟵GR[rj] + Signextend(si12) , GR[rd] ⟵M[Addr] 从内存Addr单元取数，存入R[rd]

首先，您需要设计一个顶层模块，将ALU、寄存器堆和存储器进行连接。该模块的输入包括指令地址、指令存储器、寄存器堆的读地址和写数据、存储器的读写信号、以及ALU的操作码和操作数。输出包括ALU的结果、写入寄存器堆的数据、存储器读出的数据等。

在该顶层模块中，您需要实现6条指令的功能。对于add.w指令，您需要将rj和rk寄存器的值输入到ALU中进行加法运算，然后将结果写入rd寄存器；对于slt指令和sltu指令，您需要比较rj和rk寄存器的大小，然后将比较结果写入rd寄存器；对于lu12i.w指令，您需要将20位立即数高位写入rd寄存器，低12位清零；对于st.w指令，您需要将rd寄存器的值写入存储器的指定地址；对于ld.w指令，您需要从存储器的指定地址读取数据，并将其写入rd寄存器。

最后，您需要在Vivado环境下进行仿真测试，检查电路的功能实现是否正确。如果有错误，您需要修改电路设计，并再次进行仿真测试，直到电路能够正确地实现指令的功能。

相关问题

RIU型CPU设计实验

RIU型CPU设计实验是一个较为复杂的项目，需要一定的计算机体系结构、数字电路和Verilog HDL的知识。以下是RIU型CPU设计实验可能涉及到的步骤和实现方法：

1. 确定指令集架构：RIU型CPU可以基于任何指令集架构进行设计，但是RISC-V指令集架构是一个流行的选择。需要根据指令集架构的需求确定CPU的组成部分和实现方法。

2. 设计CPU的组成部分：RIU型CPU可以使用组合逻辑电路实现，因此需要设计ALU、寄存器、控制逻辑、存储器等组成部分，同时需要确定它们之间的连接方式和信号传递方式。

3. 实现CPU的Verilog HDL代码：根据CPU的设计需求，使用Verilog HDL编写CPU的代码，包括各个组成部分的代码和顶层模块的代码等。

4. 进行仿真和调试：使用Verilog仿真工具对CPU进行仿真，并通过仿真结果调试CPU的代码，确保CPU的正确性和性能表现。

5. 进行综合和布局：将CPU的Verilog代码进行综合和布局，生成可用于FPGA开发板的位文件。

6. 在FPGA开发板上验证CPU的正确性和性能表现：将CPU的位文件下载到FPGA开发板上，通过编写测试程序或者使用现成的测试程序验证CPU的正确性和性能表现。如果发现问题，需要返回前面的步骤进行调试和优化。

需要注意的是，RIU型CPU设计实验是一个较为复杂的项目，需要一定的计算机体系结构、数字电路和Verilog HDL的知识。初学者可以从简单的CPU设计实验开始，逐步掌握相关知识和技能。