MIPS的指令的CPU（14條指令）logisim仿真軟件編寫

本文轉載自查看原文 2021-06-26 16:30 201

一、課程設計題目

基於FPGA（或者Logisim 軟件仿真）實驗平台，完成16位單周期CPU設計。

二、課程設計的目的與意義

本課程設計綜合利用計算機組成原理課程所學的理論知識，並結合其單元實驗中所積累的計算機部件設計和調試方法，設計出一台具有自定義指令系統的簡單計算機系統。所設計的系統能在基於FPGA（或者Logisim）平台上運行一段用戶程序，通過檢查程序結果的正確性來判斷所設計的計算機系統的正確性。

三、課程設計的內容

設計模型機系統的指令系統、總體結構和時序信號。要求所設計的整機系統能支持自動和單步運行方式，能正確地執行存放在主存中的用戶程序，並且對主要的數據流和控制流通過適當方式顯示；驗證實驗結果。
① 該單周期CPU實現的指令如下：(從中至少選取10條指令，其余指令可以自己設計；至少要選擇1條R-型指令、1條立即數運算指令、Load指令（讀）、Store指令（寫）、1條分支指令和無條件轉移指令；）
表1選取指令及格式
指令 15~12 11~10 9~8 7~6 5~3 2~0 指令功能
1 or 0 rs rt rd 0 0 $rd = $rs | $rt
2 and 0 rs rt rd 0 1 $rd = $rs & $rt
3 add 0 rs rt rd 0 2 $rd = $rs + $rt
4 sub 0 rs rt rd 0 3 $rd = $rs - $rt
5 sllv 0 rs rt rd 0 4 $rd = $rs << $rt 邏輯左
6 srlv 0 rs rt rd 0 5 $rd = $rs >> $rt 邏輯右
7 srav 0 rs rt rd 0 6 $rd = $rs >> $rt 算術右
8 slt 0 rs rt rd 0 7 $rd = ($rs < $rt) ? 1 :0

10 lui 2 0 rt immediate-u $rt = imm << 8
11 ori 3 rs rt immediate-u $rt = $rs | imm
12 andi 4 rs rt immediate-u $rt = $rs & imm
13 addi 5 rs rt immediate-s $rt = $rs + imm
14 lw 6 rs rt immediate-s $rt = MEM[$rs + imm]
15 sw 7 rs rt immediate-s MEM[$rs+imm] = $rt
16 beq 8 rs rt offset-s beq =？
17 bne 9 rs rt offset-s bne != ？
18 bgt 10 rs rt offset-s bgt >?（有符號比較）
19 jump 11 jump address jump
20 halt 12 0 halt (時鍾暫停)
②編寫一段包含所有指令的測試程序，將測試程序的機器語言存入ROM，運行測試程序，並對運行結果與理論運算結果對比（用表格對比）, 判斷每一步對錯。