基于MIPS的简单CPU设计（一）

 

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1. 选目标指令集
2. 两大块，数据通路，规划图，确定需要使用的器件
3. 控制器，数据通路中的控制信号，输入指令，输出控制信号
4. 上板测试，波形仿真

quatus II 13.1波形仿真测试

• 新建工程

第一行工程目录

第二行工程名称

第三行顶层设计实体名

• 代码编译

New verilog HDL File

注意模块名要和顶层文件名保持一致

ctrl s 保存，将Hierarchy切换为Files

右键test.v设置它为顶层实体，Set as Top-Level Entity

点击三角形开始编译

编译成功

开始波形仿真

New 创建VWF文件

双击左边空白处

点Node Finder

点list >>导入

然后设置输入信号

a采用随机信号Random Values（最后一个）

b采用时钟信号（倒数第三个）

ctrl 滑轮对波形进行放大缩小

下面开始仿真

点击三角

仿真成功

指令格式与指令集

1. 指令字长固定32位，如果是寄存器寻址，还要给出寄存器号
2. R型（register）：op(6)  rs(5) rt(5) rd(5) shamt(5)      func(5)

操作码   寄存器编号        R型移位指令  功能说明

操作数和保存结果通过寄存器进行

1. Op R型全为0
2. Rs 第一个源操作数
3. Rt 第二个源操作数
4. Rd 保存结果
5. Sa 常数 在移位指令中使用
6. Func 指定指令的具体功能

I型（immediate）：op(6)rs(5) rt(5)imm(16) 立即数

1. 操作数中涉及立即数，结果保存在寄存器
2. Op 指令的操作功能 + -
3. Rs 第一个源操作数
4. Rt 保存运算结果
5. Imm 第二个源操作数 立即数

J型（jump）：op(6)address(26)立即数

1. 实现无条件转移
2. Op 确定指令功能
3. Address 转移目标地址的偏移段字段

寻址方式

1. R型：由op和func说明当前寻址方式
2. I J型由op说明寻址方式

立即数寻址

Op rs rt imm

Addi s1,s2, 10  #$s2+10->$s1

寄存器直接寻址

操作数直接在寄存器中

Op rs rt rd sa func

基址寻址

Op rs rt imm

Rs中的基准地址码+imm（16位的带符号常数）带符号扩展成32位=目标地址，然后根据目标地址从存储器中读取到数据字

符号扩展：正数在高位补上16个0，负数在高位补上16个1

Pc相对寻址

操作数由寄存器和立即数联合产生

Pc寄存器中的当前地址吗+imm（带符号扩展32位并左移两位）=目标地址，然后根据目标地址从存储器中读取到数据字

特殊的基址寻址