1. 设计单周期CPU的基本模块使用verilog语言编写:PC:module pc(pc,clock,reset,npc); output [31:0] pc; input clock; input reset; input [31:0] npc; 注意:1.clock上升沿有效,reset低电平有效; 2. reset信号有效时,pc复位为0x0000_3000;采用同步复位。 IM:module im(instruction,pc); output [31:0] instruction; input [31:0] pc; reg [31:0] ins_memory[1023:0]; //4k指令存储器 说明:im模块的输入pc为32位,但指令存储器只有4kB大小,所以取指令时只取pc的低12位作为地址。 GPR:module gpr(a,b,clock,reg_write,num_write,rs,rt,data_write); output [31:0] a; output [31:0] b; input clock; input reg_write; input [4:0] rs; //读寄存器1 input [4:0] rt; //读寄存器2 input [4:0] num_write; //写寄存器 input [31:0] data_write; //写数据 reg [31:0] gp_registers[31:0]; //32个寄存器 提示:gp_registers[0] 永远等于0 ALU:module alu(c,a,b); output [31:0] c; input [31:0] a; input [31:0] b; 说明:目前只是实现 + 功能。其他功能和输入输出信号根据需要慢慢添加。 2. 按照addu指令的功能把基本模块进行连接,形成一个能执行addu指令的单周期CPU。利用实现的各个基本模块,实现一个能执行addu指令的 单周期CPU。顶层模块定义如下: module s_cycle_cpu(clock,reset); //输入 input clock; input reset; 说明:各模块的实例化命名必须按照如下规则:如pc模块实例命名为:PC。 3. 使单周期CPU支持R型指令。
时间: 2023-09-15 14:24:34 浏览: 299
下面是基本模块的verilog代码实现:
PC模块:
```verilog
module pc(
output reg [31:0] pc,
input clock,
input reset,
input [31:0] npc
);
always @(posedge clock) begin
if(reset) begin
pc <= 32'h00003000;
end else begin
pc <= npc;
end
end
endmodule
```
IM模块:
```verilog
module im(
output reg [31:0] instruction,
input [31:0] pc
);
reg [31:0] ins_memory [1023:0]; // 4k instruction memory
// initialize instruction memory
initial begin
$readmemh("instructions.hex", ins_memory);
end
always @(*) begin
instruction <= ins_memory[pc[11:2]];
end
endmodule
```
GPR模块:
```verilog
module gpr(
output reg [31:0] a,
output reg [31:0] b,
input clock,
input reg_write,
input [4:0] rs,
input [4:0] rt,
input [4:0] num_write,
input [31:0] data_write
);
reg [31:0] gp_registers [31:0]; // 32 registers
// initialize register 0 to 0
initial begin
gp_registers[0] = 32'h00000000;
end
always @(posedge clock) begin
if(reg_write) begin
if(num_write != 5'b00000) begin
gp_registers[num_write] <= data_write;
end
end
a <= gp_registers[rs];
b <= gp_registers[rt];
end
endmodule
```
ALU模块:
```verilog
module alu(
output reg [31:0] c,
input [31:0] a,
input [31:0] b
);
always @(*) begin
c <= a + b;
end
endmodule
```
按照addu指令的功能把基本模块进行连接,形成能执行addu指令的单周期CPU的verilog代码实现:
```verilog
module s_cycle_cpu(
input clock,
input reset
);
wire [31:0] pc;
wire [31:0] instruction;
wire [31:0] a;
wire [31:0] b;
wire [31:0] alu_out;
wire reg_write;
wire [4:0] reg_dest;
wire [4:0] rs;
wire [4:0] rt;
wire [4:0] num_write;
wire [31:0] data_write;
// instantiate modules
PC PC(pc, clock, reset, pc+4);
im IM(instruction, pc);
gpr GPR(a, b, clock, reg_write, rs, rt, reg_dest, data_write);
alu ALU(alu_out, a, b);
// control signals
assign reg_write = 1'b1;
assign reg_dest = instruction[15:11];
assign rs = instruction[25:21];
assign rt = instruction[20:16];
assign num_write = instruction[15:11];
assign data_write = alu_out;
always @(*) begin
case (instruction[31:26])
6'b000000: begin // R-type instructions
case (instruction[5:0])
6'b100000: begin // addu
assign ALU.a = a;
assign ALU.b = b;
end
default: begin
assign ALU.a = 0;
assign ALU.b = 0;
end
endcase
end
default: begin
assign ALU.a = 0;
assign ALU.b = 0;
end
endcase
end
endmodule
```
注意:以上代码仅供参考,可能存在错误或者不完整之处。
阅读全文