静态5级流水线MIPS CPU设计与实现教程

"Lab03_静态5级流水简单MIPS CPU实现1" 实验"Lab03_静态5级流水简单MIPS CPU实现1"旨在让参与者深入理解CPU设计中的流水线技术及其挑战，特别是针对MIPS架构。实验涵盖了从理论到实践的多个方面，包括指令集的理解、流水线切分的原理、相关问题的处理，以及性能测试程序的使用。实验者需具备一定的硬件设计基础，如使用Vivado工具以及对龙芯体系结构实验箱的熟悉。 实验目标包括： 1. 进一步熟悉实验平台，即Vivado2017.1或2017.2与龙芯体系结构教学实验箱（Artix-7）。 2. 将多周期CPU设计的经验迁移到实验平台上。 3. 使用Verilog语言进行电路设计。 4. 为后续更复杂的实验奠定基础。 实验设备要求： 1. 一台装有Xilinx Vivado软件的计算机。 2. 一套龙芯体系结构教学实验箱（Artix-7）。 实验任务主要分为设计静态5级流水的MIPS CPU，这需要在四周的时间内完成。实验要求遵循lab2实验的规定，例如： - CPU在复位后从虚拟地址0xbfc00000开始取指。 - 虚拟地址和物理地址映射为一对一关系。 - 访存接口分开处理取指和数据访问，采用同步SRAM。 - 只支持核心模式，不涉及其他操作模式。 - 不需处理异常和中断。 - CPU设计需包含用于验证的debug信号。 实验者还需要参考特定的MIPS指令集规范文档，以实现MIPSI指令集。这个过程将涉及理解每条指令的执行流程，如何在5级流水线（通常包括取指(IF)、解码(DE)、执行(EX)、记忆访问(MEM)和写回(WB)阶段）中分配，并处理可能出现的数据相关（RAW、WAR、WAW）、控制相关和结构相关。 此外，实验者还需要了解性能测试程序的原理和使用，这对于评估和优化CPU设计至关重要。这通常涉及到使用特定的测试用例来检查CPU在不同工作负载下的性能，如吞吐量、延迟等。 为了顺利完成实验，参与者应参考一系列相关文档，包括MIPS指令系统规范、实验开发环境使用说明、仿真调试说明以及交叉编译工具链的安装教程。这些文档将提供必要的背景知识和技术细节，以帮助实验者解决设计过程中的问题。 通过这个实验，学生将不仅能够掌握CPU设计的基础知识，还能提升其在实际工程环境中的问题解决能力，为未来在嵌入式处理器领域的深入研究打下坚实基础。