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1、实验报告 2018 年 6 月 1 日 成绩： 姓名阳光男学号16041321班级16052317专业计算机科学与技术课程名称计算机组成原理与系统结构试验任课老师张翔老师指导老师张翔老师机位号无实验序号8实验名称实验八 实现R型指令的CPU设计实验实验时间2018/5/25实验地点1教225实验设备号个人电脑 一、实验程序源代码顶层LED测试模块：module Top_LED(clk,rst,SW,LED);input clk,rst;input 2:0SW;output reg7:0LED;wire ZF,OF;wire 31:0ALU_F;top_R_cpu test_cpu(rst,cl
2、k,ZF,OF,ALU_F);always(*)begincase(SW)3b000:LED=ALU_F7:0;3b001:LED=ALU_F15:8;3b010:LED=ALU_F23:16;3b011:LED=ALU_F31:24;3b100:begin LED7:2=0;LED1=OF;LED0=ZF;enddefault:LED=0;endcaseendendmodule顶层R型CPU模块：module top_R_cpu(input rst,input clk,output ZF,output OF,output 31:0F);reg write_reg;wire 31:0Inst_
3、code;wire 31:0R_Data_A;wire 31:0R_Data_B;reg 2:0ALU_OP;pc pc_connect(clk,rst,Inst_code);Register_file R_connect(Inst_code25:21,Inst_code20:16, Inst_code15:11,write_reg,F,clk,rst,R_Data_A,R_Data_B);ALU ALU_connect(R_Data_A,R_Data_B,F,ALU_OP,ZF,OF);always(*)begin write_reg=0; ALU_OP=0; if(Inst_code31:
4、26=0) begin case(Inst_code5:0) 6b100000:ALU_OP=3b100; 6b100010:ALU_OP=3b101; 6b100100:ALU_OP=3b000; 6b100101:ALU_OP=3b001; 6b100110:ALU_OP=3b010; 6b100111:ALU_OP=3b011; 6b101011:ALU_OP=3b110; 6b000100:ALU_OP=3b111; endcase write_reg=1; end end endmodulePC取指令模块：module pc(input clk,input rst,output 31
5、:0Inst_code);reg 31:0PC;wire31:0PC_new;initial PC=32h00000000;Inst_ROM Inst_ROM1 ( .clka(clk), .addra(PC7:2), .douta(Inst_code) );assign PC_new=24h000000,PC_new7:0;always(negedge clk or posedge rst)begin if(rst) PC=32h00000000; else PC=PC_new;endendmodule寄存器堆模块：module Register_file(R_Addr_A,R_Addr_B
6、,W_Addr,Write_Reg,W_Data,Clk,Reset,R_Data_A,R_Data_B);input 4:0R_Addr_A;input 4:0R_Addr_B;input 4:0W_Addr;input Write_Reg;input 31:0W_Data;input Clk;input Reset;output 31:0R_Data_A;output 31:0R_Data_B;reg 31:0REG_Files0:31;reg 5:0i;initial/仿真过程中的初始化begin for(i=0;i=31;i=i+1) REG_Filesi=0;endassign R_
7、Data_A=REG_FilesR_Addr_A;assign R_Data_B=REG_FilesR_Addr_B;always(posedge Clk or posedge Reset)begin if(Reset) for(i=0;i=31;i=i+1) REG_Filesi=0; else if(Write_Reg&W_Addr!=0) REG_FilesW_Addr=W_Data; end endmoduleALU算术逻辑运算单元模块：module ALU(A,B,F,ALU_OP,ZF,OF);input 31:0A,B;input 2:0ALU_OP;output reg ZF,
8、OF;output reg31:0F;reg C32;always(*)begin OF=1b0; C32=1b0; case(ALU_OP) 3b000:F=A&B; 3b001:F=A|B; 3b010:F=AB; 3b011:F=(AB); 3b100:begin C32,F=A+B;OF=A31B31F31C32;end 3b101:begin C32,F=A-B;OF=A31B31F31C32;end 3b110: if(AB) F=1; else F=0; 3b111:F=BA; endcase if(F=0) ZF=1; else ZF=0; end endmodule测试代码：
9、module test;/ Inputsreg rst;reg clk;/ Outputswire ZF;wire OF;wire 31:0 F;/ Instantiate the Unit Under Test (UUT)top_R_cpu uut (.rst(rst), .clk(clk), .ZF(ZF), .OF(OF), .F(F);initial begin/ Initialize Inputsrst = 0;clk = 0;/ Wait 100 ns for global reset to finish#100;clk=1;/ Add stimulus hereforeverbe
10、gin #50; clk=clk;endend endmodule二、仿真波形三、电路图 顶层电路模块 顶层电路内部结构：四、引脚配置（约束文件）NET LED7 LOC = T11;NET LED6 LOC = R11;NET LED5 LOC = N11;NET LED4 LOC = M11;NET LED3 LOC = V15;NET LED2 LOC = U15;NET LED1 LOC = V16;NET LED0 LOC = U16;NET SW2 LOC = V9;NET SW1 LOC = T9;NET SW0 LOC = T10;NET clk LOC = C9;NET rs
11、t LOC = C4;五、思考与探索（1）R型指令CPU实验结果记录表序号 指令 执行结果 标志 结论 1 0000827 FFFFFFFF 0 0 正确 2 0001102b 0000_0001 0 0 正确 3 00421820 0000_0002 0 0 正确 4 00622020 0000_0003 0 0 正确 5 00832820 0000_0005 0 0 正确 6 00a33020 0000_0007 0 0 正确 7 00463804 0000_000E 0 0 正确 8 00a64820 0000_000C 0 0 正确 9 01264004 0000_7000 0 0 正确 10 00284826 FFFF_8FFF 0 0 正确 11 01215020 FFFF_8FFE 0 0 正确 12 01075822 0000_6FF2 0 0 正确 13 00e86022 FFFF_900E 0 0 正确 14 012c6824 FFFF_800E 0 0 正确 15 012c7025 FFFF_9FFF 0 0 正确 16 00c77825 0000_FFFF 0 0 正确
