"本文是关于零基础学习FPGA的系列教程第十四部分，重点讲解精简指令集(RISC)CPU的设计。作者通过分享自己的学习经历，介绍了CPU设计的基础知识，包括CPU的工作原理、组成部件以及具体到RISC_CPU的设计思路。文章还提及了时序约束的重要性，特别是在高速SDRAM控制中的应用，但因难度较高，作者决定暂不涉及SDRAM的教学。后续内容将专注于RISC_CPU的testbench编写和仿真测试，旨在帮助读者逐步掌握CPU设计的全过程。"
在设计RISC_CPU时，首先要理解CPU的基本概念。CPU作为计算机的中央处理器，负责从内存中读取指令，进行指令译码，然后执行指令。一个基本的CPU通常包含以下几个关键部件：
1. 算数逻辑单元(ALU)：执行算术和逻辑运算。
2. 累加器：存储中间运算结果。
3. 指令计数器：跟踪指令的执行顺序。
4. 指令寄存器和译码器：存储当前执行的指令，并解析其含义。
5. 时序控制器：控制整个CPU的操作流程。
在RISC架构中，设计往往更简化，指令集较少且固定长度，以提高效率。在这个设计中，程序指令存储在ROM中，16位指令由8位的指令码和13位的地址码组成。例如，指令码用于识别不同类型的指令，如HALT、SKIP、ADD、AND、XOR、LOAD、STORE和JUMP。
设计时，CPU需要按照指令的格式逐次读取并解码。由于一次只能读取8位，因此对于16位指令，需要分两次读取。指令码的高三位定义了操作类型，后13位则指示操作的目标或源地址。
在实际的FPGA实现中，时序约束是确保设计性能的关键。特别是当涉及到高速SDRAM时，由于其高速操作特性，时序约束显得尤为重要。作者在学习过程中发现时序约束是一个复杂的话题，由于在之前的项目中对时序要求不高，所以没有深入研究。考虑到SDRAM设计的难度，作者决定暂时搁置这一部分，转而专注于CPU本身的实现。
接下来，文章会进一步探讨如何编写testbench（测试平台）和进行仿真测试，以验证RISC_CPU设计的正确性。这包括了如何模拟输入指令，检查CPU是否正确执行了预期操作，以及如何处理各种可能的边缘情况。通过这样的步骤，读者可以逐步掌握从理论到实践的CPU设计流程，从而加深对FPGA编程的理解。
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