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

利用 Verilog HDL 设计存储器，包含指令存储器和数据存储器

Verilog HDL 是一种硬件描述语言，可以用于设计存储器。以下是一个简单的存储器设计示例：

首先，我们定义一个模块来描述存储器，包含指令存储器和数据存储器。这个模块有两个输入端口：地址和数据，以及两个输出端口：数据和读写控制信号。

module memory(
    input [7:0] address,
    input [7:0] data_in,
    output reg [7:0] data_out,
    output reg read_enable,
    output reg write_enable
);

接下来，我们使用 Verilog 的数组来实现存储器。我们定义两个数组来分别表示指令存储器和数据存储器。每个数组都有 256 个元素，每个元素都是 8 位宽度的。

reg [7:0] instruction_mem [0:255];
reg [7:0] data_mem [0:255];

然后，我们使用 Verilog 的 always 块来实现存储器的读写操作。在 always 块中，我们根据读写控制信号来执行对应的操作。如果 read_enable 为 1，则从存储器中读取数据，并将其放入 data_out 端口；如果 write_enable 为 1，则将数据写入存储器中。

always @ (address, data_in, read_enable, write_enable) begin
    if (read_enable) begin
        if (address >= 0 && address <= 255) begin
            data_out <= data_mem[address];
        end else begin
            data_out <= 0;
        end
    end

    if (write_enable) begin
        if (address >= 0 && address <= 255) begin
            data_mem[address] <= data_in;
        end
    end
end

最后，我们使用 initial 块来初始化存储器。在 initial 块中，我们可以使用 Verilog 的 $readmemh 函数从文件中读取指令和数据，并将其存储在对应的数组中。

initial begin
    $readmemh("instruction.hex", instruction_mem);
    $readmemh("data.hex", data_mem);
end

完整的存储器设计代码如下：

module memory(
    input [7:0] address,
    input [7:0] data_in,
    output reg [7:0] data_out,
    output reg read_enable,
    output reg write_enable
);

    reg [7:0] instruction_mem [0:255];
    reg [7:0] data_mem [0:255];

    always @ (address, data_in, read_enable, write_enable) begin
        if (read_enable) begin
            if (address >= 0 && address <= 255) begin
                data_out <= data_mem[address];
            end else begin
                data_out <= 0;
            end
        end

        if (write_enable) begin
            if (address >= 0 && address <= 255) begin
                data_mem[address] <= data_in;
            end
        end
    end

    initial begin
        $readmemh("instruction.hex", instruction_mem);
        $readmemh("data.hex", data_mem);
    end

endmodule

其中，instruction.hex 和 data.hex 是两个包含指令和数据的文件，每行一个 8 位十六进制数。在实际应用中，这些文件可以通过其他方式生成或获取。

利用 Verilog HDL 设计简单的存储器，包含指令存储器和数据存储器

以下是一个简单的存储器模块设计，包含指令存储器和数据存储器：

module memory(
    input clk,
    input rst,
    input [15:0] addr,
    input [15:0] data_in,
    input write_enable,
    output reg [15:0] data_out
);

// 定义存储器容量
parameter INSTR_MEM_SIZE = 16;
parameter DATA_MEM_SIZE = 8;

// 定义指令存储器和数据存储器
reg [15:0] instr_mem [0:INSTR_MEM_SIZE-1];
reg [15:0] data_mem [0:DATA_MEM_SIZE-1];

// 初始化指令存储器和数据存储器
initial begin
    instr_mem[0] = 16'h0000;
    instr_mem[1] = 16'h0001;
    instr_mem[2] = 16'h0002;
    instr_mem[3] = 16'h0003;
    data_mem[0] = 16'h0000;
    data_mem[1] = 16'h0001;
    data_mem[2] = 16'h0002;
    data_mem[3] = 16'h0003;
end

// 指令存储器读取
always @(posedge clk, posedge rst) begin
    if (rst) data_out <= 16'h0000;
    else if (addr < INSTR_MEM_SIZE) data_out <= instr_mem[addr];
end

// 数据存储器读取和写入
always @(posedge clk, posedge rst) begin
    if (rst) begin
        data_mem[0] <= 16'h0000;
        data_mem[1] <= 16'h0001;
        data_mem[2] <= 16'h0002;
        data_mem[3] <= 16'h0003;
    end
    else if (addr < DATA_MEM_SIZE) begin
        if (write_enable) data_mem[addr] <= data_in;
        data_out <= data_mem[addr];
    end
end

endmodule

该存储器模块实现了以下功能：

- 定义了存储器容量参数，可以根据需要进行修改；
- 定义了指令存储器和数据存储器，并进行了初始化；
- 实现了指令存储器的读取功能；
- 实现了数据存储器的读取和写入功能，同时也实现了写使能信号。

可以根据需要进行修改和扩展。