riscv单周期cpu设计verilog的整体模块

下面是一个简单的 RISC-V 单周期 CPU 的 Verilog 整体模块：

module riscv_cpu(
    input clk, // 时钟信号
    input rst, // 复位信号

    // 控制信号
    input [6:0] opcode, // 操作码
    output reg RegWrite, // 寄存器写使能
    output reg MemWrite, // 存储器写使能
    output reg MemRead,  // 存储器读使能
    output reg [1:0] ALUSrc, // ALU 操作数选择
    output reg [2:0] ALUOp,  // ALU 操作码
    output reg [1:0] MemToReg, // 数据加载到寄存器的来源
    output reg [4:0] PCSrc,   // PC 的来源
    output reg [4:0] NextPCSrc, // 下一条指令的 PC 来源
    output reg [2:0] Branch,  // 分支条件
    output reg [4:0] JmpOp,   // 跳转条件
    output reg [4:0] JmpSel,  // 跳转选择
    output reg [4:0] RegDst,  // 目标寄存器
    output reg [31:0] Imm,    // 立即数

    // 数据存储
    input [31:0] MemIn,  // 存储器写入数据
    output reg [31:0] MemOut, // 存储器读取数据
    output reg [31:0] RegIn1, // 寄存器读取数据 1
    output reg [31:0] RegIn2, // 寄存器读取数据 2
    input [4:0] Rs1,     // 操作数 1 的寄存器地址
    input [4:0] Rs2,     // 操作数 2 的寄存器地址
    input [4:0] Rd       // 目标寄存器地址
);

// 处理器内部信号
reg [31:0] Instruction; // 当前指令
reg [31:0] PC;          // 当前指令地址
wire [4:0] Opcode;      // 操作码

// 实例化模块
ALU alu(.A(RegIn1), .B(RegIn2), .ALUOp(ALUOp), .ALUSrc(ALUSrc), .Out(RegIn2));
Control control(.Opcode(Opcode), .RegDst(RegDst), .ALUOp(ALUOp), .ALUSrc(ALUSrc),
                .Branch(Branch), .MemRead(MemRead), .MemWrite(MemWrite), .MemToReg(MemToReg),
                .RegWrite(RegWrite), .JmpOp(JmpOp), .JmpSel(JmpSel), .PCSrc(PCSrc), .NextPCSrc(NextPCSrc));
RegisterFile regfile(.clk(clk), .rst(rst), .ReadReg1(Rs1), .ReadReg2(Rs2), .WriteReg(Rd),
                    .WriteData(RegIn2), .ReadData1(RegIn1), .ReadData2(RegIn2));

// 指令存储器
memory instruction_memory(.clk(clk), .address(PC), .write_data(0), .read_data(Instruction), .write_enable(0));

// 数据存储器
memory data_memory(.clk(clk), .address(RegIn2), .write_data(MemIn), .read_data(MemOut), .write_enable(MemWrite));

// 指令解析
assign Opcode = Instruction[6:2];

// PC 计算
always @ (posedge clk) begin
    if (rst) begin
        PC <= 32'h0;
    end else begin
        case (PCSrc)
            5'b00001: PC <= PC + 4; // PC + 4
            5'b00010: PC <= Imm;    // 立即数
            5'b00011: PC <= RegIn2; // 寄存器数据
            default: PC <= PC;      // 不变
        endcase
    end
end

// 控制信号赋值
always @ (Opcode) begin
    case (Opcode)
        7'b0110111: begin // LUI
            RegDst <= 5'b00000;
            ALUOp <= 3'b000;
            ALUSrc <= 2'b10;
            MemWrite <= 1'b0;
            MemRead <= 1'b0;
            RegWrite <= 1'b1;
            MemToReg <= 2'b00;
            Branch <= 3'b000;
            JmpOp <= 5'b00000;
            JmpSel <= 5'b00000;
            PC <= PC + 4;
            NextPCSrc <= 5'b00001;
            Imm <= Instruction[31:12] << 12;
        end
        // 其他指令的控制信号赋值
        // ...
        default: begin // 未知指令
            RegDst <= 5'b00000;
            ALUOp <= 3'b000;
            ALUSrc <= 2'b00;
            MemWrite <= 1'b0;
            MemRead <= 1'b0;
            RegWrite <= 1'b0;
            MemToReg <= 2'b00;
            Branch <= 3'b000;
            JmpOp <= 5'b00000;
            JmpSel <= 5'b00000;
            PC <= PC + 4;
            NextPCSrc <= 5'b00001;
            Imm <= 32'h0;
        end
    endcase
end

// 数据读取
always @ (posedge clk) begin
    if (rst) begin
        RegIn1 <= 32'h0;
        RegIn2 <= 32'h0;
    end else begin
        RegIn1 <= regfile.ReadData1;
        RegIn2 <= regfile.ReadData2;
    end
end

// 数据写入
always @ (posedge clk) begin
    if (rst) begin
        regfile.WriteEnable <= 1'b0;
        regfile.WriteReg <= 5'h0;
        regfile.WriteData <= 32'h0;
    end else begin
        regfile.WriteEnable <= RegWrite;
        regfile.WriteReg <= Rd;
        regfile.WriteData <= RegIn2;
    end
end

endmodule

注意，这个模块只是一个简单的示例，实际的 RISC-V CPU 设计会更加复杂，需要考虑更多的指令、数据存储、异常处理等因素。