VHDL设计：构建与测试简单处理器

"VHDL与数字系统课程设计文档涵盖了基于VHDL设计一个简易处理器的任务，包括设计要求、处理器架构、数据传输流程、指令集以及控制信号的时序分析。" 在这次VHDL与数字系统课程设计中，学生被要求使用硬件描述语言VHDL来设计一个简单的处理器。处理器的构造包含了几个核心组件，如寄存器（R0到R7）、一个复用器、一个加法/减法器、一个计数器以及一个控制单元。处理器的功能主要是通过16位数据输入（DIN）进行数据处理，并能够执行特定的指令。 复用器在数据传输中起到关键作用，它能将16位数据分配给寄存器R0到R7和寄存器A，也可以将数据从一个寄存器通过总线传递到另一个寄存器。加法和减法的运算则由加法/减法器完成，运算结果存储在寄存器G中，且可进一步通过复用器转移到其他寄存器。 处理器支持以下四种基本指令： 1. mvRx,Ry：将Ry寄存器的内容复制到Rx寄存器。 2. mviRx,#D：将立即数Data存入Rx寄存器。 3. addRx,Ry：将Rx和Ry寄存器的内容相加，结果存储在Rx寄存器中。 4. subRx,Ry：将Rx和Ry寄存器的内容相减，结果存储在Rx寄存器中。 这些指令通过9位编码存储在指令存储器（IR）中，编码格式为IIIXXXYYY，其中III代表指令，XXX代表目的寄存器Rx，YYY代表源寄存器Ry。对于mvi指令，立即数#D在指令执行后通过16位DIN输入。 为了处理需要多个时钟周期的指令，控制单元使用了一个两位计数器。当“Run”信号被置位时，处理器开始执行DIN输入的指令，而“Done”信号在指令执行完毕后被置位。每个指令的执行过程被分为不同的时间阶段（T0, T1, T2, T3），例如在加法指令（I2）执行过程中，控制信号会指示IRin、RYout、Gin、Addsub和RXin等在不同时间点激活，以协调数据传输和计算。 这个课程设计项目不仅要求理解VHDL的基本语法和结构，还涉及到数字逻辑设计、处理器架构、控制单元设计以及时序分析等多个方面的知识，是理解和实践数字系统设计的一次综合性练习。通过这样的实践，学生可以深入学习如何用硬件描述语言来实现数字逻辑功能，并对处理器的工作原理有更直观的认识。