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1、1 基于 EDA技术的计算机硬件系统设计方案 随着计算机技术的迅速发展，计算机系统中使用的硬件部件基本 上都采用大规模和超大规模集成电路，这些电路的设计、验证和测试 必须使用先进的工具软件，使硬件设计逐渐趋于软件化，加快硬件设 计和调试的速度，计算机硬件作为一个典型的复杂数字系统，其设计 方法发生了根本性的变革。EDA （Electronic Design Automation ， 电子设计自动化）技术就是一种自动完成将用软件的方式设计的电子 系统形成集成电子系统或专用芯片的一门新技术。 TDN-CM+ 实验装置是计算机组成原理及系统结构课程的专用实验 箱，但存在硬件结构基本固定、CPU的各个
2、组成部件全部做好、以验证 型的实验为主、学生只需按书中要求拨动相应开关就能完成实验等问 题，达不到在整体上把握计算机的基本原理和工作流程的目的，实验 效果不尽人意。 根据目前计算机和集成电路技术的发展现状，利用TDN-CM+ 实验 装置上复杂可编程逻辑器件ispLSI1032芯片，设计一个定向型计算机 硬件系统，包括运算器、控制器、存储器的设计，以达到弥补实验装 置和实验项目不足的目的。 设计一台完整的计算机硬件系统主要经过如下几个阶段： 2.1 确定指令系统 该系统的指令系统如表1 所示。指令和数据都采用8 位表示。源 操作数采用存储器直接寻址方式，目的操作数采用隐含寻址。 2 表 1 指令
3、系统 2.2 总体结构与数据通路 2.3 状态确定 该系统指令周期是6 个时钟周期， 前是三个时钟周期即状态S0S2 为指令的读取周期，后3 个时钟周期即S3S5为指令的执行周期。 2.4 设计指令执行的流程 2.5 编程、调试、运行、仿真 编程、编译、综合所设计的工程文件，建立测试向量进行功能仿 真。将生成的JEDEC文件下载至实验仪器的ispLSI芯片中。按设计的 线路图进行连线。系统连线图如图2 所示。把程序写入内存中。调试 运行。 3 各功能部件的VHDL源程序 3.1 内存 ROM 功能模块的VHDL实现 对于图 1 中 ispLSI芯片功能图中内存ROM 16X8的功能采用VHDL
4、 实现代码如下。 rom16x8： process （ce） begin 3 if ce=0 then 使能端ce 为逻辑“ 0”时，才能进行数据 的读取命令。 case addrbus is when“0000”= maindata maindata outport，led ，wr） .x. ，1- .x. ，。x. ，。 x. ； REPEAT 100 .c. ，0- .x. ，。 x. ，。 x. ； .x. ，1 - .x. ，。 x. ，。 x. ； END 3.2 CPU 功能模块的VHDL实现 对于图 1 中 ispLSI 芯片功能图中内CPU 功能模块的VHDL 实现 流程如图
5、 3 所示，它是整个模型机的核心。 基于 EDA技术的计算机硬件系统设计方案 图 3 CPU 功能模块 VHDL 实现流程 计算机硬件系统的仿真根据ROM的中存放的程序不同，这个模型 机完成的操作也就不同，下面将通过建立编写仿真测试向量，来进行 逻辑功能仿真， 检验设计是否实现了需要完成的功能。对实现 20-6+2 运算的工作程序及其在ROM 内存映像（起始地址0H）如表 3 所示： 表 3 工作程序 基于 EDA技术的计算机硬件系统设计方案 利用上面建立的测试向量文件，其仿真结果如图4 所示。 4 由仿真波形可以看到在执行OUT指令时送出20-6+2 的运算结果为 1C，同时使输出给OUTPUT DEVICE 的信号 led= 0， wr 也由 1- 0. 在执行 HLT指令时 run 由 1- 0，模型机停机。 这与理论结果完全相符。 基于 EDA技术的计算机硬件系统设计方案 图 4 仿真结果 结束语 作者创新点为：提出了在TDN-CM+ 实验装置中的复杂可编程逻辑 器件 ispLSI1032芯片上，设计定向型计算机硬件系统（包括运算器、 控制器、存储器）的结构、设计方法及具体实现，弥补了TDN-CM+ 实 验装置的不足，为进一步理解计算机原理和组成以及系统结构方面的 知识创造了条件，为嵌入式系统等的应用打好基础。
