教学示例：RISC CPU的Verilog HDL可综合设计与实现

本章内容主要介绍了在Verilog HDL设计中，通过一个简化的RISC CPU设计实例来展示可综合设计方法的应用潜力。在之前的章节中，学习者已经掌握了Verilog的基本语法、组合逻辑和时序逻辑模块的编写，以及有限状态机设计的基础。这里，设计者将重点转向一个实际教学目的的RISC CPU模型，区别于第四章的仿真模型，本章的每个模块不仅适用于仿真，也可进行综合，以支持更大寻址空间（8K，15位地址线），从而运行更复杂的程序。 RISC CPU设计包括以下几个关键环节： 1. **CPU概述**：CPU是计算机的核心，负责执行指令序列，包括取指令、指令分析和执行。它具备基本功能，如译码指令、进行算术和逻辑运算、与存储器和外设交互、提供系统控制。 2. **设计目标**：通过教学模型来演示Verilog HDL仿真和综合工具的价值，强调软硬件联合设计的重要性。模型虽然简化，但展示了如何通过可综合设计实现复杂数字逻辑系统的潜力。 3. **设计过程**：设计者使用Verilog语言在CADENCE LWB和Mentor ModelSim环境下进行仿真，并利用Synergy和Synplify综合器进行综合，随后在Xilinx 3098和Altera Flex10K10上进行布局布线。设计过程既注重理论教学，也确保了实际应用的可行性。 4. **CPU功能模块**：包括指令取指、指令解析、操作控制信号生成和执行等部分，这些模块需满足实时性和效率要求，可能需要专用硬件设计，如硬线逻辑电路或FPGA。 5. **硬件与软件的权衡**：通用微处理器（如C、Pascal或汇编语言）对于非实时处理问题足够，但实时性要求高的信号处理任务则需要专用硬件设计，以避免程序执行的延迟。 通过这个教学实例，读者可以深入了解Verilog HDL在RISC CPU设计中的实际应用，以及如何平衡硬件和软件的需求，以便在实际工程中优化性能。同时，对于那些对CPU原理和数字逻辑系统设计感兴趣的学生，这提供了宝贵的学习材料和实践机会。