MIPS的指令的CPU（14条指令）logisim仿真软件编写

2023-12-10 16:02:27

一、课程设计题目

基于FPGA（或者Logisim 软件仿真）实验平台，完成16位单周期CPU设计。

二、课程设计的目的与意义

本课程设计综合利用计算机组成原理课程所学的理论知识，并结合其单元实验中所积累的计算机部件设计和调试方法，设计出一台具有自定义指令系统的简单计算机系统。所设计的系统能在基于FPGA（或者Logisim）平台上运行一段用户程序，通过检查程序结果的正确性来判断所设计的计算机系统的正确性。

三、课程设计的内容

设计模型机系统的指令系统、总体结构和时序信号。要求所设计的整机系统能支持自动和单步运行方式，能正确地执行存放在主存中的用户程序，并且对主要的数据流和控制流通过适当方式显示；验证实验结果。
① 该单周期CPU实现的指令如下：(从中至少选取10条指令，其余指令可以自己设计；至少要选择1条R-型指令、1条立即数运算指令、Load指令（读）、Store指令（写）、1条分支指令和无条件转移指令；）
表1选取指令及格式
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 逻辑左
6 srlv 0 rs rt rd 0 5 $rd = $rs >> $rt 逻辑右
7 srav 0 rs rt rd 0 6 $rd = $rs >> $rt 算术右
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 >?（有符号比较）
19 jump 11 jump address jump
20 halt 12 0 halt (时钟暂停)
②编写一段包含所有指令的测试程序，将测试程序的机器语言存入ROM，运行测试程序，并对运行结果与理论运算结果对比（用表格对比）, 判断每一步对错。