"设计自己的FPGA上的CPU使用VHDL" 这篇内容主要讲解了如何使用VHDL在FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)上设计一款自定义的CPU。作者是Dr. Juergen Sauermann,并提供了一些相关链接和工具的推荐。 1. **简介与概述** - **先决条件**: 在开始设计前,需要具备VHDL编程的基础知识以及对数字逻辑设计的理解。 - **其他有用链接**: 提供了其他有助于学习和理解FPGA和CPU设计的资源链接。 - **讲座结构**: 讲座分为多个部分,逐步深入介绍设计过程,包括顶级设计、CPU核心、指令获取、数据路径等关键环节。 2. **顶级设计** - **设计目的**: 顶级设计的目标是创建一个完整的CPU系统,它将包含CPU核心、内存和其他必要的外围设备接口。 - **顶级设计**: 这部分描述了如何在VHDL中构建CPU的顶层结构。 - **VHDL文件结构**: 通常包含头文件、库声明、实体声明和架构等内容。 3. **VHDL文件结构** - **头文件和库声明**: 定义使用的库和包,以便访问FPGA设计所需的特定功能。 - **实体声明**: 定义设计的外部接口,包括输入、输出和时钟信号。 - **实体架构**: 描述实体内部的工作原理,包括逻辑门和组合逻辑。 4. **avr_fpga.vhd**:这是顶级实体的VHDL代码,包含了前面提到的头文件、实体声明和架构,用于实现整个CPU的设计。 5. **组件树**:这部分详细描述了CPU设计中的各个组成部分,如内存模块、控制单元和数据路径组件等。 6. **旁路:流水线技术**:介绍了如何通过流水线技术来提高CPU的执行效率,使得指令处理可以在多个时钟周期内并行进行。 7. **CPU核心** - **指令获取**:这部分涵盖了程序存储器(Program Memory)的设计,包括使用双端口内存以支持读写操作,以及如何实现预取两个字的指令以减少延迟。 - **延迟PC(Program Counter)**:为了处理分支指令,需要有延迟PC来确保正确跳转到下一个指令地址。 - **两周期指令**:某些指令可能需要两个时钟周期来完成,这部分解释了如何处理这类指令。 - **中断**:介绍了CPU如何响应并处理中断请求,以中断当前执行流程。 8. **数据路径** - **寄存器文件**:数据路径中的重要组件,用于存储中间计算结果和通用目的寄存器。 这个讲座深入浅出地介绍了FPGA上自定义CPU设计的各个方面,包括VHDL编程技巧、内存管理、指令获取机制和数据路径设计,对于想要了解或实践CPU设计的工程师非常有价值。
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