項目開發(fā)文檔

1、（項目名稱） 電子科技大學(xué)無線通信與嵌入式系統(tǒng)研究室16位CPU綜合設(shè)計開發(fā)文檔創(chuàng)建日期：20121101版本號：1.0電子科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院無線通信與嵌入式系統(tǒng)研究室目錄目錄2修訂記錄4摘要4關(guān)鍵詞4縮略語4表目錄4圖目錄41項目需求與目標任務(wù)51.1.1總體實現(xiàn)目標51.1.2主要指標參數(shù)51.1.3基本實現(xiàn)原理51.1.4主要關(guān)鍵技術(shù)51.1.5總體進度安排52設(shè)計規(guī)劃與實現(xiàn)52.116位CPU總體設(shè)計52.1.1功能描述52.1.2工作原理52.1.3結(jié)構(gòu)框圖62.1.4數(shù)據(jù)流程62.1.5接口定義62.1.6寄存器定義72.1.7問題跟蹤72.2指令集設(shè)計72.2.1功能描述

2、72.2.2指令格式72.2.3尋址方式82.2.4指令類型92.2.5問題跟蹤122.3運算器（ALU單元及寄存器）設(shè)計122.3.1 功能概述122.3.2 SN74181概述122.3.3 ALU的組成結(jié)構(gòu)圖132.3.4 運算器結(jié)構(gòu)框圖142.3.5 接口定義142.3.6 寄存器定義142.4數(shù)據(jù)通路設(shè)計152.4.1 目的概述152.4.2 部件設(shè)置152.4.3 總線與數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)162.4.4 各類信息的傳送路徑162.4.5 微命令的設(shè)置192.5組合邏輯控制器設(shè)計192.5.1 功能描述和結(jié)構(gòu)192.5.2 輸入和輸出端口定義202.5.3 指令譯碼器212.5.4 時序發(fā)

3、生器232.5.5 編碼器242.5.6 微操作信號發(fā)生器263測試規(guī)劃與結(jié)論273.1測試平臺（環(huán)境）273.2（頂層模塊）總體測試273.2.1測試目的273.2.2測試步驟273.2.3測試方案及結(jié)果273.2.4測試指標1273.2.5測試指標2273.3問題跟蹤273.4（子模塊1）測試273.4.1測試目的273.4.2測試步驟273.4.3測試方案及結(jié)果273.4.4測試指標1273.4.5問題跟蹤273.5（子模塊2）測試274使用說明284.1功能284.2性能284.3運行環(huán)境284.3.1硬件平臺284.3.2軟件平臺284.4輸入輸出284.4.1輸入數(shù)據(jù)284.4.2

4、輸出數(shù)據(jù)284.5其它28參考文獻2829修訂記錄日期修訂版本修改描述 作者摘要關(guān)鍵詞CPU 寄存器 指令集 ALU 數(shù)據(jù)通路 組合邏輯控制器 縮略語英文縮寫英文全稱中文CPUCentral Processing Unit中央處理單元ALUArith Logic Unit算術(shù)邏輯單元I/OInput/Output輸入/輸出表目錄2.1.12.1.22.2.12.2.22.3.12.3.22.3.32.5.12.5.22.5.32.5.42.5.52.5.62.5.72.5.8圖目錄2.1.12.1.22.3.12.3.22.3.32.3.42.4.11 項目需求與目標任務(wù)1.1.1 總體實現(xiàn)目

5、標設(shè)計并實現(xiàn)一個16位CPU，硬件方面完成控制器、ALU、硬件通路的設(shè)計，軟件方面完成指令集設(shè)計1.1.2 主要指標參數(shù)處理頻率：執(zhí)行位數(shù)：16位1.1.3 基本實現(xiàn)原理根據(jù)CPU的工作原理,它的內(nèi)部元件應(yīng)主要包括：控制單元，邏輯單元，存儲單元三大部分。指令由控制單元分配到邏輯運算單元，經(jīng)過加工處理后，再送到存儲單元里等待應(yīng)用程序的使用。 項目中則設(shè)計了CPU的所有內(nèi)部元件。1.1.4 主要關(guān)鍵技術(shù)ALU設(shè)計時采用了借用了已有的SN74181芯片組建了組間串行進位和組間并行進位的ALU，簡化運算器設(shè)計，降低開發(fā)成本。1.1.5 總體進度安排2 設(shè)計規(guī)劃與實現(xiàn)2.1 16位CPU總體設(shè)

6、計2.1.1 功能描述通過完整的CPU架構(gòu)，實現(xiàn)16位CPU的取指，譯碼，執(zhí)行，讀/寫數(shù)據(jù)的全部功能2.1.2 工作原理控制CPU進行運算的指令由控制單元分配到邏輯運算單元，經(jīng)過加工處理后，再送到存儲單元里等待應(yīng)用程序的使用。2.1.3 結(jié)構(gòu)框圖圖2.1.1 CPU整體架構(gòu)結(jié)構(gòu)框圖2.1.4 數(shù)據(jù)流程運算器存儲器(包含數(shù)據(jù)和指令)控制器I/O圖2.1.2 CPU數(shù)據(jù)流程框圖2.1.5 接口定義表2.1.1 輸入輸出信號列表SignalNum of BitsI/ODescriptionI/O16I/O數(shù)據(jù)、指令讀入或?qū)懗?.1.6 寄存器定義表2.1.2 ALU輸入端寄存器說明Bit Posit

7、ionNameDescriptionALUdependR0R3ALU輸入寄存器2.1.7 問題跟蹤項 目 問 題 跟 蹤 表問題類型問題編號狀態(tài)問題描述責(zé)任人提出時間close時間解決過程的跟蹤記錄計劃實際說明：狀態(tài)欄中“O”表示open，“C”表示closed。2.2 指令集設(shè)計2.2.1 功能描述 此部分規(guī)定了CPU支持的指令集，即直接實現(xiàn)CPU運算或操作的機器指令系統(tǒng)。應(yīng)用需求必須按照指令系統(tǒng)約定的功能，形成計算機軟件，同時，CPU必須按照指令系統(tǒng)約定的功能，進行硬件組成設(shè)計。2.2.2 指令格式CPU采用定長的指令格式，每條 指令16位字長，占據(jù)一個存儲單元。由于指令字長有限，采用寄存

8、器尋址，即指令格式給出寄存器號，根據(jù)不同的尋址方式形成相應(yīng)的地址。約定有以下三種指令格式2.2.3 尋址方式約定采用寄存器尋址方式，指令中直接給出寄存器編號，供CPU訪問?？删幊痰募拇嫫靼拇嫫鱎0 R3，堆棧指針SP，程序計數(shù)器PC，程序狀態(tài)字PSW，針對同一種尋址防護四編碼，指定不同的寄存器，派生出多種不同的尋址方式。CPU的常用的尋址方式：表2.2.1 常用尋址方式表類型編號尋址方式助記符可指定的寄存器定義0型(000)寄存器尋址RR0 R3，SP，PC，PSW寄存器的內(nèi)容為操作數(shù)1型(001)寄存器間址(R)R0 R3寄存器的內(nèi)容為操作數(shù)地址2型(010)自減型寄存器尋址-(R)-(

9、SP)R0 R3寄存器內(nèi)容減1后的操作數(shù)地址SP內(nèi)容減1后為堆棧地址3型(011)立即/自增型寄存器尋址(R)+(SP)+(PC)+R0 R3寄存器的內(nèi)容為操作數(shù)的地址，訪問該地址后寄存器內(nèi)容加1SP內(nèi)容為棧頂?shù)刂?，出棧后SP加1PC內(nèi)容為立即數(shù)地址，取數(shù)后PC內(nèi)容加14型(100)直接/間接尋址(R)+(PC)+R0 R3寄存器的內(nèi)容為間接地址，訪問地址后寄存器內(nèi)容加1PC內(nèi)容為間接地址，訪問后PC內(nèi)容加15型(101)變址/相對尋址X(R)X(PC)R0 R3變址寄存器內(nèi)容與形式地址之和為操作數(shù)地址PC內(nèi)容與位移量之和為有效地址6型(110)跳步SKP執(zhí)行再下條指令 在正式編碼中就可以用該

10、表中的類型來指定相應(yīng)的尋址方式。2.2.4 指令類型根據(jù)模型機的指令格式，操作碼有4位，線設(shè)置了15種指令(其中兩種指令共用一個操作碼)，余下的兩種操作碼組合可以供擴展。按操作數(shù)的多少，把模型機的指令分為雙操作數(shù)指令和單操作數(shù)指令兩大類；按指令本身的功能，把這些指令分為傳送，運算，轉(zhuǎn)移等3類。模型機的指令類型如下表：表2.2.2 指令類型表 操作碼助記符含義操作碼助記符含義00000001001000110100010101100111MOVEADDSUBANDOREORCOMNEG傳送加減與或異或求反求補1000100110101011110011001101INCDCSLSRJMPRSTJ

11、SR加1減1左移右移轉(zhuǎn)移返回轉(zhuǎn)子 傳送指令MOV可以采用不同的尋址方式來預(yù)置寄存器或者存儲單元，實現(xiàn)見存期和寄存器之間，寄存器與存儲單元，各存儲單元之間的信息傳送，還可以實現(xiàn)堆棧操作POP、PUSH。 雙操作數(shù)指令A(yù)DD、SUB、AND、OR、EOR是帶進位的加和減。其他的是邏輯運算指令，可用來實現(xiàn)位檢測，位清除，位設(shè)置，位修正等操作。 單操作數(shù)指令有COM、NEG、INC、DC、SL、SR他們都是單操作數(shù)指令，可以實現(xiàn)對操作數(shù)的加1減1等操作。 程序控制指令 轉(zhuǎn)移指令JMPJMP是用來實現(xiàn)無條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移的。 返回指令RSTRST指令是JMP指令的一個特例，但是RST只能采用自增性寄存器

12、間接尋址表明轉(zhuǎn)移地址，并且指定寄存器為SP，即尋址方式(SP)+，則從堆棧中取出返回地址，然后SP+1。 轉(zhuǎn)子指令JSP執(zhí)行JSP指令時，首先將返回地址壓棧，然后按照尋址方式找到轉(zhuǎn)移地址，把t它送PC中。綜上，得到我們的設(shè)計指令為： LDR Ri，D格式 7 4 3 2 1 00 0 0 0Ri不用D功能： RiM（D）（2） STR Ri，D格式 7 4 3 2 1 00 0 0 1Ri不 用D功能： M（D）（Ri）（3） ADD Ri，Rj格式 7 4 3 2 1 00 0 1 0RiRj功能：Ri （Ri） （Rj）（4） SUB Ri，Rj格式 7 4 3 2 1 00 0 1 1R

13、iRj功能：Ri （Ri） （Rj）（5） AND Ri，Rj格式 7 4 3 2 1 00 1 0 0RiRj功能：Ri （Ri） （Rj）（6） OR Ri，Rj格式 7 4 3 2 1 00 1 0 1RiRj功能：Ri （Ri） （Rj）（7） MUL Ri，Rj格式 7 4 3 2 1 00 1 1 0RiRj功能：Ri （Ri）× （Rj）（8） 轉(zhuǎn)移指令格式 7 4 3 2 1 00 1 1 1條件不 用D功能： 條件碼 00 無條件轉(zhuǎn)移 PC D01 有進位轉(zhuǎn)移 PC D10 結(jié)果為0轉(zhuǎn)移 PC D11 結(jié)果為負轉(zhuǎn)移 PC D IN Ri，M j格式 7 4 3 2

14、1 01 0 0 1RiMj其中M j為設(shè)備地址，可以指定四種外圍設(shè)備，當M j=01時，選中實驗箱的二進制代碼開關(guān)。功能： Ri （M j） OUT Ri，M j格式 7 4 3 2 1 01 0 1 0RiMj當M j=10時，選中實驗箱的顯示燈。功能： （M j） Ri HALT（停機指令）格式 7 4 3 2 1 01 0 1 1不用不用功能：用于實現(xiàn)停機。2.2.5 問題跟蹤2.3 運算器（ALU單元及寄存器）設(shè)計2.3.1功能概述運算部件是CPU內(nèi)部的重要組成部分，它起到至關(guān)重要的作用。在此，我們暫不涉及運算器的具體設(shè)計，我們借用SN74181，利用它來完成我們需要的功能，包括邏輯

15、運算，算術(shù)運算等等指令集規(guī)定了的運算。2.3.2 SN74181概述1、如下所示。圖2.3.1 SN74181的引腳框圖2.引腳功能：1）A0A3:4位二進制數(shù)A2）B0B3:4位二進制數(shù)B3）F0F3:運算結(jié)果4）S0S3:狀態(tài)控制信號，控制運算類型，控制16中運算。5）M:運算選擇 M=1 邏輯運算；M=0 算術(shù)運算。3、SN74181功能表表2.3.1 SN74181功能表工作方式選擇S3S2S1S0邏輯運算M=1算術(shù)運算M=00000AA減10001(AB)AB減10010A+BAB減10011邏輯1全10100(A+B)A加(A+B)0101BAB加(A+B)0110(AB)A加B0

16、111A+BA+B1000ABA加（A+B）1001ABA加B1010BAB加(A+B)1011A+BA+B1100邏輯001101ABAB加A1110ABAB加A1111AA2.3.3 ALU的組成結(jié)構(gòu)圖通過74181可以形成相應(yīng)的進位邏輯，組成相應(yīng)的ALU。(1) 組間串行進位的ALU圖2.3.2 組間串行進位ALU(2) 組間并行進位的ALU 圖2.3.3 組間并行進位ALU2.3.4運算器結(jié)構(gòu)框圖移位器ALU鎖存器1鎖存器2R0Rn+1MS0S3DB圖2.3.4 運算器整體結(jié)構(gòu)框圖（含寄存器）2.3.5接口定義表2.3.2 運算器接口定義SignalNum of BitsI/ODesc

17、riptionDB16I/O數(shù)據(jù)總線接口S0S31INALU功能選擇端口M1INALU運算模式選擇2.3.6寄存器定義表2.3.3 運算器寄存器說明Bit PositionNameDescription3R0R3ALU輸入端寄存器2.4數(shù)據(jù)通路設(shè)計2.4.1目的概述綜合以上的相關(guān)知識，我們知道，總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計的內(nèi)容包含確定各種不見的設(shè)置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，就可以擬出各種信息傳送路徑，以及為實現(xiàn)這些傳送所需要的命令。數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)應(yīng)如圖：移位器 ALU選擇器A選擇器BR0R1R2R3CDMARMDRIRPCSPPSWR0R3C,D,SP,PCR0R3C,D,PSW,MDR圖2.

18、4.1 數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)框圖2.4.2 部件設(shè)置 寄存器 可編程寄存器R0(000),R1(001),R2(010),R3(011),PSW(101),SP(100),PC(111)。它們都設(shè)置3位編號，供CPU變成訪問。 暫存器C,D取源操作數(shù)地址或者源操作數(shù)時，使用寄存器C，讀目的操作數(shù)地址或著謎底操作數(shù)時，使用寄存器D。 指令寄存器IR為了提高取指令的速度，把指令從主存讀出以后，經(jīng)數(shù)據(jù)總線直接置入IR。 與主存的借口寄存器MAR,MDRCPU訪問主存的地址由地址寄存器MAR提供，而MDR則用來暫存CPU與主存之間要交換的數(shù)據(jù)，其實就是一個中轉(zhuǎn)效果。 運算部件 ALU部件ALU部件采用SN74

19、181。 輸入邏輯輸入有兩個選擇器A,B,它們都有八選一功能。通用寄存器和暫存器既可以送往A，也可以送往B，但是PC和SP只能送往A，PSW和MDR只能送往B。ALU輸出設(shè)置一個移位器， 輸出邏輯ALU輸出設(shè)置一個移位器，利用對應(yīng)位的連接關(guān)系實現(xiàn)直傳，左移，右移。2.4.3 總線與數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu) 內(nèi)總線單向內(nèi)總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)分配，寄存器在邏輯上分立。 系統(tǒng)總線CPU通過系統(tǒng)總線也外界相連，但是為了簡化，讓CPU直接連到總線上，不考慮信號的轉(zhuǎn)換和擴展。2.4.4 各類信息的傳送路徑 指令信息的傳送指令由主存讀出，送人指令寄存器IR：M 數(shù)據(jù)總線 IR。 地址信息的傳送地址信息包還指令地址，順序執(zhí)行的后

20、繼指令地址，轉(zhuǎn)移地址和操作數(shù)地址等四類。 指令地址指令地址從PC取出，送人MAR：PC 選擇器 A ALU 移位器 內(nèi)總線 MAR。 順序執(zhí)行的后繼指令地址現(xiàn)行指令地址PC + 1，得到后繼指令地址：PC A 移位器內(nèi)總線 PC。 轉(zhuǎn)移地址按尋址方式形成轉(zhuǎn)移地址。并送入MAR。同樣，傳送路徑也因?qū)ぶ贩绞蕉?。如：寄存器尋址：Ri A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 PC 寄存器間址：Ri A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 MAR 地址總線 M；M 數(shù)據(jù)總線 MDR B ALU 移位器 內(nèi)總線 PC。 操作數(shù)地址按尋址方式形成轉(zhuǎn)移地址。并送入MAR。同樣，傳送路徑也因?qū)ぶ贩绞蕉?。如：寄存器間址：Ri

21、 A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 MAR變址：由于形式地址放在緊跟現(xiàn)行指令的下一存儲單元中，并由PC指示，所以先訪問存取出形式地址，暫存于C，在進行變址計算。取形式地址：PC A ALU 移位器 內(nèi)總線 MAR 地址總線 M；M 數(shù)據(jù)總線 MDR B ALU 移位器 內(nèi)總線 C。做變址計算：變址寄存器 A ALU 移位器 內(nèi)總線 MAR。 數(shù)據(jù)信息的傳送 寄存器 寄存器Ri A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 Rj。 寄存器 主存Ri A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 MDR 數(shù)據(jù)總線 M。 主存 寄存器M 數(shù)據(jù)總線 MDR B ALU 移位器 內(nèi)總線 Rj。 寄存器 外設(shè)R i A/B ALU 移

22、位器 內(nèi)總線 MDR 數(shù)據(jù)總線 I/O 外設(shè) 寄存器I/O接口 數(shù)據(jù)總線 MDR B ALU 移位器 內(nèi)總線 Rj. 主存 主存主存單元的內(nèi)容搬遷似乎只需要通過MDR作為中間緩沖即可，但在尋找目的單元地址時有可能采取間址方式或其他更復(fù)雜的尋址方式，即需要從主存單元中讀取目的地址，且將讀得的目的地址經(jīng)MDR傳送到MAR，所以，一般需分成兩個階段實現(xiàn)主存各單元間的傳送，先將讀出數(shù)據(jù)暫存于C中，形成目的地址后再將C內(nèi)容MDR寫入目的單元。M(源單元) 數(shù)據(jù)總線 MDR B ALU 移位器 內(nèi)總線 C; C A/B ALU 移位器 內(nèi)總線 MDR 數(shù)據(jù)總線 M。 主存 外設(shè)有兩種方式實現(xiàn)主存與外圍設(shè)備

23、間的數(shù)據(jù)傳送。一種方式是由CPU執(zhí)行通用傳送指令，以某種尋址方式指明主存單元與外圍接口寄存器的地址，從而實現(xiàn)主存與外圍設(shè)備間的傳送。這樣的傳送一般以MDR為中間緩沖，以便與其他傳送指令的執(zhí)行流程相吻合。即：M 數(shù)據(jù)總線 MDRMDR 數(shù)據(jù)總線 I/O接口另一種是DMA方式，即CPU放棄系統(tǒng)總線，由DMA控制器控制，通過數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)主存與I/O設(shè)備之間的直接傳送，不動用CPU中的寄存器與暫存器。即：M 數(shù)據(jù)總線 I/O接口2.4.5 微命令的設(shè)置在全面分析了各類信息的傳送路徑之后，對指令將如何執(zhí)行就有了進一步的了解，且為時序的安排與相應(yīng)微命令的設(shè)置打下了基礎(chǔ)。以上傳送過程包含了兩大類操作：內(nèi)部數(shù)

24、據(jù)通路操作和外部訪存操作。 數(shù)據(jù)通路操作 ALU輸入選擇如：R0 A ALU功能選擇如：微命令S3S0、M、C0。根據(jù)它們的組合選擇ALU的運算功能。 移位器功能選擇如：微命令DM，左移，右移 結(jié)果分配如：打入脈沖CPR0、CPMAR 訪存操作所需要的命令如下：EMAR、R、W、SMDR、SIR2.5組合邏輯控制器設(shè)計2.5.1 功能描述和結(jié)構(gòu)功能描述根據(jù)現(xiàn)行指令、PSW、控制臺命令、IO設(shè)備接口狀態(tài)、中斷請求、時序系統(tǒng)等產(chǎn)生所需微命令；控制整個CPU的運行。結(jié)構(gòu) 指令譯碼器 時序發(fā)生器 編碼器 微操作信號發(fā)生器 2.5.2 輸入和輸出端口定義輸入RST /*復(fù)位信號CONSOL /*控制臺輸

25、入（鍵盤）；IO /*IO設(shè)備接口；PSW /*寄存器PSW；TIM_QUE /*時序系統(tǒng)（三級時序）；IR_CODE /*指令輸入(16 位)；輸出READ /*讀存儲器；WRITE /*寫存儲器；CPR0 /*寄存器R0的打入脈沖CPR1 /*寄存器R1的打入脈沖CPR2 /*寄存器R2的打入脈沖CPR3 /*寄存器R3的打入脈沖CPC /*寄存器C的打入脈沖CPD /*寄存器D的打入脈沖CPPC /*寄存器PC的打入脈沖CPSP /*寄存器SP的打入脈沖CPMBR /*寄存器MBR的打入脈沖CPMAR /*寄存器MAR的打入脈沖CPPSW /*寄存器PSW的打入脈沖SMBR /*寄存器M

26、BR的置入端;SIR /*寄存器R1的置入端;EMAR /*寄存器MAR的使能端;SELA3 /*選擇器A的選擇控制（3位）SELB3 /*選擇器B的選擇控制（3位）CON_ALU6 /*ALU的功能控制（6位）SHIFT_REG2 /*移位器的控制（2位）左移、右移、直傳（DM）;2.5.3 指令譯碼器 說明由于譯碼后輸出較多，所以按操作類型（IR15IR12），源寄存器號（IR11IR9），源尋址方式（IR8-IR6），目的寄存器號（IR5IR3），目的尋址方式（IR2IR0）分為五個譯碼器。 操作類型碼輸入：IR15，IR14，IR13，IR12輸出：MOV，ADD，SUB，AND，OR

27、，EOR，COM，NEG， INC，DEG，SL，SR，JMP_RST，JSR 功能表：表2.5.1 指令譯碼器操作類型碼譯碼功能表IR15IR14IR13IR12IR_OPER_TYPEIR15IR14IR13IR12IR_OPER_TYPE0000MOV1000INC0001ADD1001DEC0010SUB1010SL0011AND1011RL0100OR1100JMP/RST0101EOR1101JSR0110COM1110sti0111NEG1110cli 源寄存器號譯碼 U_SREG_DECOD輸入：IR11，IR10，IR9 輸出：S_R0,S_R1，S_R2 ,S_R3,S_S

28、P,S_PSW ,S_PC功能表： 表2.5.2 源寄存器號譯碼功能表IR(11 DOWNTO 9)IR_SREG_TYPE000S_R0001S_R1010S_R2011S_R3100S_SP101S_PSW110S_temp(未用)111S_PC 源寄存器尋址方式譯碼 U_SADDR_DECOD輸入：IR8，IR7，IR6輸出：S_ADDR_REG , S_ADDR_INDI , S_ADDR_DECR , S_ADDR_INCR , S_DOUB_INDI , S_ADDR_VARI , S_ADDR_SKP功能描述表：表2.5.3 源寄存器尋址方式譯碼功能表IR(8 DOWNTO 6)

29、IR_SREG_ ADDR000S_ADDR_REG001S_ADDR _INDI010S_ADDR _DECR011S_ADDR _INCR100S_ADDR _VARI101S_ADDR _VARI110S_ADDR _SKP111未用 目的寄存器號譯碼輸入：IR11，IR10，IR9 輸出：S_R0,S_R1，S_R2 ,S_R3,S_SP,S_PSW ,S_PC功能表： 表2.5.4目的寄存器號譯碼功能表IR(11 DOWNTO 9)IR_SREG_TYPE000S_R0001S_R1010S_R2011S_R3100S_SP101S_PSW110S_temp(未用)111S_PC 目

30、的寄存器尋址譯碼 輸入：IR8，IR7，IR6 輸出：S_ADDR_REG , S_ADDR_INDI , S_ADDR_DECR , S_ADDR_INCR , S_DOUB_INDI , S_ADDR_VARI , S_ADDR_SKP功能描述表：表2.5.5 目的寄存器尋址譯碼功能表IR(8 DOWNTO 6)IR_SREG_ ADDR000S_ADDR_REG001S_ADDR _INDI010S_ADDR _DECR011S_ADDR _INCR100S_ADDR _VARI101S_ADDR _VARI110S_ADDR _SKP111未用2.5.4 時序發(fā)生器 說明： 模型機的時

31、序系統(tǒng)采取三級時序（工作周期，時鐘周期，工作脈沖） 工作周期 模型機設(shè)置六種工作周期狀態(tài)，用六個周期狀態(tài)觸發(fā)器作為它們的標志。某一時期內(nèi)只有其中一個周期狀態(tài)觸發(fā)器為1，指明CPU現(xiàn)在所處的工作周期狀態(tài)，為該階段的工作提供時間標志與依據(jù)。由于暫時不考慮DMA，所以只設(shè)置五個工作周期。 取指周期FT 源周期ST 目的周期DT 執(zhí)行周期ET 中斷周期IT不同類型指令所需的工作周期可能不同。在每一工作周期結(jié)束前，判斷下一個周期狀態(tài)是什么，并為此準備好進入該周期的條件，如發(fā)出電位信號ST4->DT0等，到本周期結(jié)束的時刻，實現(xiàn)周期狀態(tài)的定時切換。 時鐘周期（節(jié)拍）以主存訪問周期所需時間為時間周期的

32、寬度。一個工作周期包含若干節(jié)拍，根據(jù)不同指令的需要，節(jié)拍數(shù)可變。設(shè)計一個時鐘周期計數(shù)器T，從T=0開始進入一個計數(shù)循環(huán)，表示進入新的工作周期。如果本工作周期還需延長，則發(fā)T+1，計數(shù)器T將繼續(xù)計數(shù)，開始新的節(jié)拍。如果本工作周期應(yīng)當結(jié)束，則發(fā)命令T=0。計數(shù)器T的狀態(tài)進經(jīng)譯碼產(chǎn)生節(jié)拍狀態(tài)，如：T0，T1，T2等。作為分步操作的時間標志。 工作脈沖模型機在每個時鐘周期的末尾發(fā)一個工作脈沖P，作為各種同步脈沖的來源。工作脈沖P的前沿作為打入寄存器的定時，標志一個數(shù)據(jù)通路操作的完成。P的后沿作為周期切換的定時，在次時刻對時鐘周期計數(shù)器T計數(shù)、打入新的工作周期狀態(tài)。 2.5.5 編碼器 輸入選擇器A的控

33、制信號的編碼 輸入：R0_TO_A , R1_TO_A , R2_TO_A ,R3_TO_A , C_TO_A , D_TO_A , PC_TO_A , SP_TO_A;輸出：SEL_A功能描述表：表2.5.6 輸入選擇器A的控制信號的編碼功能表R0_TO_AR1_TO_AR2_TO_AR3_TO_Ac_TO_Ad_TO_Apc_TO_Asp_TO_ASEL_A1000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000000001111 輸入選擇器B的控制信號的編碼輸入：R0_TO_B , R1_TO_B , R2_TO_B , R3_TO_B , C_TO_B , D_TO_B , PSW_TO_B , MBR_TO_B;輸出：SEL_B 功能表：表2.5.6輸入選擇器B的控制信號的編碼功能表R0_TO_AR1_TO_AR2_TO_AR3_TO_Ac_TO_Ad_TO_Apc_TO_Asp_TO_ASEL_A1000000000