5段流CPU實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

517030910292實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用I/O統(tǒng)一編址方式，即將輸入輸出的I/O地址空間，作為數(shù)據(jù)存取空間的一CPU利用設(shè)計(jì)的I/O端口，通過lw指令，輸入DE2實(shí)驗(yàn)板上的按鍵等輸入設(shè)備信息。即將外部設(shè)備狀態(tài)，讀到CPU內(nèi)部寄存器。利用設(shè)計(jì)的I/O端口，通過sw指令，輸出對DE2實(shí)驗(yàn)板上的LED燈等輸出設(shè)備的控制信號（或數(shù)據(jù)信息CPU利用自己編寫的程序代碼，在自己設(shè)計(jì)的CPU上，實(shí)現(xiàn)對板載輸入開關(guān)或按鍵的狀態(tài)輸入，并將判別或處理結(jié)果，利用板載LED7LED數(shù)碼管顯示出來。兩種指令集（MIPS和Y86）應(yīng)用功能的程序設(shè)計(jì)代碼，并提供程序主要流程圖。預(yù)習(xí)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)前仔細(xì)閱讀DE1-SOCUserManual及相關(guān)用戶應(yīng)用，學(xué)習(xí)并掌握實(shí)驗(yàn)器材萬用表1臺示波器1頂層設(shè)計(jì)

inputresetn,clock,mem_clock;wire[31:0]pc,inst,ealu,malu,walu;input[3:0]in_port0,output[6:0]hex0,hex1,hex2,hex3,hex4,hex5;wire[31:0]out_port0,out_port1,wire[31:0] wire[31:0]wire[31:0]wire[31:0]wire[31:0]//registerwire[4:0]wire[3:0]wire[1:0]//freezePCandIF/IDwirewpcir;wirewirewirewire//IF/ID/MEMreadatnegedgeofclock. pipeifif_stage(pcsource,pc,bpc,da,jpc pipeidid_stage(mwreg,mrn,ern,ewreg,em2reg,mm2reg,dpc4,inst,pipederegde_reg(dwreg,dm2reg,dwmem,daluc,daluimm,da,db,dimm,pipeexeexe_stage(ealuc,ealuimm,ea,eb,eimm,eshift,ern0,epc4,ejal,ern,ealu);pipeemregem_reg(ewreg,em2reg,ewmem,ealu,eb,ern,clock,resetn,mwreg,pipememmem_stage(mwmem,malu,mb,wmo,wm2reg,in_port0,in_port1,pipemwregmw_reg(mwreg,mm2reg,mmo,malu,mrn,clock,resetn,wwreg,mux2x32sevensegtrans0(out_port0[3:0],hex4);sevensegtrans1(out_port0[7:4],hex5);sevensegtrans2(out_port1[3:0],hex2);sevensegtrans3(out_port1[7:4],hex3);sevensegtrans4(out_port2[3:0],hex0);sevensegtrans5(out_port2[7:4],hex1);具體實(shí)現(xiàn)bpc、da、jpc中的一種，irompc獲取輸出的insID，在這里獲得了jpc、bpc，WB寫入的寄存器編號rn，alu輸入端的a&b，立即數(shù)的符號拓展、控制信號，regfile和單周期的一致，cu中除去解決數(shù)據(jù)和控制的forwardA&B，以及控制停頓的wpcir，其余均與單周期流水線一致變成0。入變成0。變成0。modulepipecu(op,func,z,wmem,wreg,regrt,m2reg,aluc,shift,aluimm,pcsource,jal,sext); output[3:0]aluc;output[1:0]pcsource;wirer_type=~|op;wirei_add=r_type&func[5]&~func[4]&~func[3]~func[2]&~func[1]&~func[0]; wirei_sub=r_type&func[5]&~func[4]&~func[3]&~func[2] func[1]& wirei_and r_type&func[5]&~func[4]&~func[3]&func[2]~func[1]&~func[0];wire r_type&func[5]&~func[4]&~func[3]&func[2]~func[1]&func[0];wirei_xor=r_type&func[5]&~func[4]&~func[3]&func[2]&func[1]&~func[0];//100110wirei_sll r_type&~func[5]&~func[4]&~func[3]&~func[2]~func[1]&~func[0];wirei_srl=r_type&~func[5]&~func[4]&~func[3]&~func[2]&func[1]&~func[0];//000010wirei_sra=r_type&~func[5]&~func[4]&~func[3]&~func[2]&func[1]&func[0];//000011wire =r_type&~func[5]&~func[4]&func[3]&~func[2]~func[1]&~func[0];wirei_sllv=r_type&~func[5]&~func[4]&~func[3]&func[2]~func[1]&wirei_srlv=r_type&~func[5]&~func[4]&~func[3]&func[2]&func[1]&~func[0];//000110wirei_srav=r_type&~func[5]&~func[4]&~func[3]&func[2]func[1]&//Note:here,op[i]insteadofwirei_addi=~op[5]&~op[4]&op[3]&~op[2]&~op[1]&~op[0];//001000wirei_andi=~op[5]&~op[4] op[3] op[2]&~op[1]&~op[0];wirei_ori=~op[5]&~op[4]&op[3]&op[2]&~op[1]&op[0];//001101wirei_xori=~op[5]&~op[4]&op[3]&op[2]&op[1]&~op[0];//001110wirei_lw wirei_sw =op[5]&~op[4]&op[3]&~op[2]&op[1]&op[0];//101011wirei_beq=~op[5]&~op[4]& ~op[3]&op[2]&~op[1]&~op[0];//000100wire =~op[5]&~op[4]~op[3]&op[2]&~op[1]&op[0];//000101wirei_lui=~op[5]~op[4] op[3]&op[2]&op[1]&op[0];wirei_j =~op[5]&~op[4]&~op[3]&~op[2]&op[1]&~op[0];//000010wirei_jal=~op[5]&~op[4]&~op[3]&~op[2]&op[1]&op[0];assignpcsource[1]=i_jr|i_j|assignpcsource[0]=(i_beq&z)|(i_bne&~z)|i_j|i_jalassignwreg=i_add|i_sub|i_and| |i_xori_ori|i_xori|i_lw|i_lui|i_jal;//aluc+:0000,-:x100and:x001or:x101xor:x010lui:x110sll:0011srl:0111//Note:bne,beq==xor,sllv=sll,srlv=srl,srav=sra;assignaluc[3]=i_sra|i_srav;assignaluc[0]=i_and|i_andi|i_or|i_ori|i_sll|i_srl|i_sra|i_sllv|i_srlv|i_srav;assignshift =i_sll|i_srl|i_sra|i_sllv|i_srlv|i_srav;assignaluimm=i_addi|i_andi|i_ori|i_xori|i_lw|i_sw;//AllI-type(exceptLUI?).J-typeisprocessedindividually.assignsext =i_addi|i_lw|i_sw|i_beq|i_bne;//arithmeticI-type(NOTElogicalassignwmem assignm2reg =i_lw;//rd=assignregrt assignjal =i_jal;I/O部分采用了實(shí)驗(yàn)四的方法，將I/ORISC風(fēng)格的類MIPS指令系統(tǒng)，對I/O端口的（讀：輸入來自于外部信號；寫：輸出到外部的信號，采用同MEM一樣的lw指令和sw指令，由硬件通過對地址的識別區(qū)分，實(shí)現(xiàn)對MEM和I/O的區(qū)分。流水線頓會大大降低流水線cpu的效率，所以本實(shí)驗(yàn)采用了旁路的方法應(yīng)對數(shù)據(jù)。旁路有三種情況，alu果從EXEID段，alu的計(jì)算結(jié)果從MEM段推ID段，lw指令從數(shù)據(jù)器讀出的數(shù)據(jù)從MEM段前推到ID段。根據(jù)優(yōu)先檢查相鄰指令的條件，要先判斷EXE段的alu結(jié)果，在判斷MEM段的alu結(jié)果，