硬件基础 微程序控制器实验报告Word文件下载.docx

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4、通过单步运行若干条微指令，深入理解微程序控制器的工作原理；

二、实验电路

图1

附：

电路图过大，请放大观察详情

三、实验原理

将机器指令的操作（从取指到执行）分解为若干个更基本的微操作序列，并将有

关的控制信息（微命令）以微码的形式编成微指令输入到控制存储器中。

这样，

每条机器指令将与一段微程序对应，取出微指令就产生微命令，以实现机器指令

要求的信息传送与加工。

四、实验步骤及概述

1）设计状态机部分

a、编写VHDL代码如下

LIBRARYieee;

USEieee.std_logic_1164.all;

ENTITYzhuangtaijiIS

PORT（

reset:

INSTD_LOGIC:

='

0'

;

clock:

INSTD_LOGIC;

qd:

dp:

tj:

t1:

OUTSTD_LOGIC;

t2:

t3:

t4:

OUTSTD_LOGIC

）;

ENDzhuangtaiji;

ARCHITECTUREBEHAVIOROFzhuangtaijiIS

TYPEtype_fstateIS（idle,st1,s_st2,st4,st2,st3,s_st4,s_st3）;

SIGNALfstate:

type_fstate;

SIGNALreg_fstate:

BEGIN

PROCESS（clock,reset,reg_fstate）

BEGIN

IF（reset='

1'

）THEN

fstate<

=idle;

ELSIF（clock='

ANDclock'

event）THEN

=reg_fstate;

ENDIF;

ENDPROCESS;

PROCESS（fstate,qd,dp,tj）

t1<

t2<

t3<

t4<

CASEfstateIS

WHENidle=>

IF（NOT（（qd='

）））THEN

reg_fstate<

=st1;

ELSE

WHENst1=>

IF（（（tj='

）ANDNOT（（dp='

））））THEN

ELSIF（（（dp='

）ANDNOT（（tj='

=s_st2;

=st2;

WHENs_st2=>

IF（（tj='

））THEN

=s_st3;

WHENst4=>

=st4;

WHENst2=>

=st3;

WHENst3=>

=s_st4;

WHENs_st4=>

WHENs_st3=>

WHENOTHERS=>

X'

report"

Reachundefinedstate"

ENDCASE;

ENDBEHAVIOR;

b、新建blockfile选定zhaungtaiji得到电路图

2）设计rom部分

LIBRARYieee;

ENTITYromIS

PORT

（

address:

INSTD_LOGIC_VECTOR（4DOWNTO0）;

q:

OUTSTD_LOGIC_VECTOR（27DOWNTO0））;

ENDrom;

ARCHITECTURESYNOFromIS

SIGNALsub_wire0:

STD_LOGIC_VECTOR（27DOWNTO0）;

BEGIN

sub_wire0<

=

"

1011000000100000010100000001"

WHENaddress="

00000"

1110100100100000010101100010"

00001"

1001000100100000010100101000"

00010"

1110100100100000010100010101"

01001"

1001101100100000010100010110"

10101"

1001001100100000011100000001"

10110"

1110100100100000010100010111"

01010"

1001101100100000010100011000"

10111"

1001010100100000010000000001"

11000"

1110100100100000010100011001"

01011"

1001101100100000010100011010"

11001"

1001001100100000010100000001"

11010"

1001000101100000010000011011"

01100"

1001000100110000001100000001"

11011"

1110100100100000010100011100"

01101"

1011001100100000010100000001"

11100"

1110100100100000010100000011"

01110"

1001101100100000010100000100"

00011"

1001001100100000010110000101"

00100"

1001000101100000010000000110"

00101"

1001000100101001101100000001"

00110"

1110100100100000010100011101"

01111"

1001101100100000010100011110"

11101"

1001001100100000010110011111"

11110"

1001000101100000010000000111"

11111"

1001000100100001111100000001"

00111"

1011000000100000010100010011"

01000"

1110100100100000010100010100"

10011"

1001001100100000010100010011"

10100"

1011000000100000010100010001"

10000"

1110100100100000010100010010"

10001"

1001010000100000010100010001"

;

q<

=sub_wire0（27DOWNTO0）;

ENDSYN;

b、新建blockfile选定rom得到电路图

3）、整合电路图

整合电路图如图1所示。

建工程-建立Block 

Diagram 

File-按照电路图连好电路-保存、编译-建立

Vector 

Waveform 

File-插入引脚-设置波形-保存、仿真。

仿真后的波形如下：

参数设置：

GridSize:

50ns

EndTime:

5.0us

其具体实现还需要与数据通路结合才能最终进行具体运算。

分析ADD的每条微指的指令格式和功能：

ADD：

为双字长指令。

第一字为操作码，第二字为操作数地址，其含义是将R0寄存器的内容与内存中以A为地址单元的数相加，结果放R0寄存器中。

ADD加法指令由：

S3 

S2 

S1 

S0 

MCn 

WEA9A8ABCμA5--μA0

a、（PC→AR，PC+1）：

0 

1 

11 

10 

1

b、（RAM→BUS，BUS→AR）：

01 

C、（RAM→BUS，BUS→DR2）：

00 

11 

d、（RO→DR1）：

e、（（DR1）+（DR2）→RO）：

共8条微指令组成。

a微指令功能是RAM赋给BUS，BUS赋给DR2;

S3S2S1S0MCN的值为“000000”代表进行自加1运算；

A字段“110”代表选择LDAR操作，B字段“110”是选择PC-B操作；

UA5-UA0中“000011”代表下一指令的地址为“011”。

b微指令功能是RAM赋给BUS，BUS赋给DR2;

A字段“110”代表选择LDAR操作，B字段“000”是无选择操作；

UA5-UA0中“000100”代表下一指令的地址为“100”。

c微指令功能是RAM赋给BUS，BUS赋给DR2;

A字段“011”代表选择LDDR2操作，B字段“000”是无选择操作；

UA5-UA0中“000101”代表下一指令的地址为“101”。

d微指令功能是RO赋给DR1;

A字段“010”代表选择LDDR1操作，B字段“001”是选择RS-B操作；

UA5-UA0中“000110”代表下一指令的地址为“110”。

e微指令功能是DR1+DR2的和赋给R0;

S3S2S1S0MCN的值为“100101”代表进行加法运算；

A字段“001