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實驗報告實驗三多周期的控制部件用有限狀態機實現多周期的控制部件實驗三多周期的控制部件用有限狀態機實現多周期的控制部件姓名：XXX學號：2013551728班級：1級3軟件工程2班實驗日期：20年1411月12日實驗地點信息樓硬件環境TM系統環境設計軟件器件型號．實驗目的1了解一控制器的功能和工作原理；2、掌握用有限狀態機技術實現多周期控制器的方法；3熟練掌握用 語言設計多周期控制器的方法；4、熟練掌握對多周期控制器的仿真實驗驗證和硬件測試兩種調試方法；、掌握向 頂層數據通路中增加控制單元的方法，并通過仿真驗證和硬件測試兩種方法對電路進行故障定位的調試技術。二．實驗內容C)一控制器的有限狀態機設計，根據一各種類型指令執行要求和有限狀態機的設計原理，將多周期控制器的指令執行劃分為多個狀態，確定每一種指令的有限狀態機，最后歸納為完整的多周期控制器有限狀態機。通過 語言實現多周期控制器有限狀態機。()根據一控制器的接口要求，在有限狀態機的基礎上，用 實現完整的一控制器的設計，并根據仿真波形，驗證設計的正確性，并對出現的故障進行定位，修改程序，重新編譯；(3)設計控制器的硬件下載測試方案。將編譯通過的電路下載到實驗臺中。根據硬件調試結果驗證設計的正確性，并對出現的故障進行定位，修改程序重新編譯；最終完成控制器的硬件電路設計；()在一指令系統的數據通路基礎上，增加控制單元電路，并進行編譯，仿真波形和調試。根據仿真波形，驗證設計的正確性，并對出現的故障進行定位，修改程序，重新編譯；(5)對增加了控制單元的頂層數據通路設計硬件下載測試方案。將編譯通過的電路下載到實驗臺中。根據硬件調試結果驗證設計的正確性，并對出現的故障進行定位，修改程序，重新編譯；最終完成增加了控制單元的頂層數據通路設計。三．實驗原理與步驟1把.指令執行分成多個階段，每個階段在一個時鐘周期內完成.時鐘周期以最復雜階段所花時間為準.盡量分成大致相等的若干階段()每個階段內最多只能完成：次訪存或次寄存器堆讀寫或次.每步都設置相應的存儲元件，執行結果都在下個時鐘開始保存到相應單元.認真閱讀書上的控制部件代碼后，將其按照電路圖進行拆分，拆分為三個部件，并在頂層

模塊中連接線路。四．實驗源代碼觸發器源代碼：^ncdaledff3 clkfelm,q};TOC\o"1-5"\h\zinput [2:0] d;input elk,elm;cutput [2:0] q;reg [2:0] q;always@ (negedge elm erpcsedgeelk)if(elm== 0) beginq<=0；endelsebeginq<=d;endendmadule下一狀態部件源代碼：pr.cdulenext_state(statefopffane,d);input[2:C]state;input[5:C]opffane;output[2：C]d;reg[2:C]next_state;parameter[2:C]sif= 3,匕口口口, //IFstatesid= 3REi001f //IDstatesexe= 3'Ei口二口/ //EXEstatesraem= 3REiOLLf //MEMstateswb= 3REiLOO; //WEstatewirer_type,i_addfi_sui>fi_andfi_orfi_xor.i_sllfi_s工1fi_sra.fi_jr;wireiaddifiand!fiorifixorifilwfiswfibeqfibnefiluifijfijal;and(rtypef2clp[5]f[4],~op[：]f [2]f-opand(i_addfr_typefand(i_sutifr_typefand(i_andfr_typefand(i_orfr_typefand(ixorfrtype,fane[：]fjnc[4]rjnc[：f'jnc[三]『'Jine[4]r-f^nc[：f'jnc[三]『'Jine[4]r-f^nc[：t'j.nc[三]『'Jine[■：]r-t'j.nc[二t'j.nc[三]『'Jine[■：]r-t'j.nc[二and r_typer-f'jnc[三]『口nc[■：]r'Jine[3and(i_srlfr_typer-f'jnc[三]『口nc[■：]r-t'j.nc[3and(israfrtyper-f'jnc[：]f 'jnc[■：]r-t'j.nc[3and(ijrfrtyper-f'jnc[：]f'jnc[■：]fand(i_addif~op[5]/~op[4],and(i_andif~op[5]/~op[4],and(±_01±,~op[5],~op[4]/and(1xori,~op[5],~op[4]/□p[2]0P0P0Pandand(i_sw,and(i_beq,and(i_bne,andand(i_j*and(ijsl,op[：].-op[-],-op[3],-opop[E],-op[T],op[3],-op-op[三]LDP[-] [3]*-op[三]LCip[=]rFF[3],-op[z],-op[4],op[3],0P0P0P-op[三]LDP[=][3]產田-op[三],~口「【=]r-0P[3].~0Pt'j.nc[32],-QP2],-QP2],-op2]rOP2]rop2]rOP2],-op2],-QP2]rOP2]rop2]rOP-]r^OPfancr-fanerfanerfane,fanef-fane『-fane『-fane『-fane-]r-OP-]r-OP二]rOP-]r—Popopopopop-]r—PUrop*-fane[_ffjnc[_*jnc[_『jnc[_ffjnc[_fjnc[_ffjnc[_ffjnc[_fjnc[_『-fane[：]);r-f-anc[：]);r-f-anc[：]);rf-JHC[：]);r-f-jnc[：]);r-f-jnc[：]);r-f-jnc[：]);rf-JHC[：]);r-f-jnc[：]);aid; aid; IF：//IFstate//nextstate:IDalways@frbegin

case(state)// sit:beginnext_state

end ID： ID：//IDstate//jinstruction//nextstate:IF//jalinBtrjction//nextstate:IF//jrinstruction//nextstate:IF//otnerinstruction//nextstate:EXE EXE://EXEstate//beqortneinstruct//nextstate:IF//otnerinstruction//Iwoxswinstxjictio//nextstate:MEM//otherinstruction//nextstate:W3// aid:beginif(i_j)beginnext_state=sif;endelseif beginnext_state=sif;endelseif beginnext_state=sif;endelsebeginnext_state=sexe;endend// sexe:beginif(i_tieq||i_bne)beginnext_state=sif;endelsebeginif(i_lw||i_sw)beginnext_state=13nlem;endelsebeginnext_state=swb;endendend// 3mem:teginif beginnext_state=swt;end mem：//MEMstate//nextstate:WB//store//nextstate:IFmodulemoduleoutfwic輸出函數部件源代碼：(op,func,zrstate,wpcrpcsourcerwir,lord,wmem,alucralusrcaFshift,alusrcbrsextrwregfm2regrregrtrjal);inputinputinputoutputoutputoutputregregreg[5:0][1:0][3:0]oprfunc;z；state;wpc,wir,iordzwmemralusrcarshift,sextrwregzm2regfregrtFjal;pcsourcefalusrcb;aluc;parameter[2:0]sif=歹七口雙//IFstatesid=S'LCJOIf//IDstatesexe=S^bDlOf//EXEstatesraem=3'匕011,//MEMstateswb=3^100;//WBstatewirer_typef1addfisiibf1andfiorfixorf1311fisrl,israfiJr;wireiaddi,iandi,ioririxoririlwfiswribeq,ibnefilui,ij,ijal;and(r_typer~op[5],~op[4],~op[3],~op[2],~op[l],~opand(i_addfr_rypefand(i_5iibfr_typerand(i_ancifr_typefand(i_orfr_typerand(i_xorfr_typerfunc[5],~func[4func[5]f[4func[5]f~func[4func[5]f-func[4func[5],[4r~func[3]r~funcr-func[3]r-fwncf~func[3]rf-func[3]tf~func[3]rfuncfuncfwncand r_typer~func[5]t~ftmc[4and(i_srlfr_typer-func[5],func[4and(i_srafr_typer~func[5]r~func[4and(ijrfrtype,-func[5],-func[4r-func[3]f~ftmcr-func[3]f-fwncf~func[3]r~func/func[3]f-funcand(i_addif~op[5]r~op[4and(i_andif~op[5]r~op[4and(i_orif~op[5]r~op[4and(ixorir~op[5]r~op[4andand(i_swfand(i_beqfand(i_bnerand(i_luirand(i_jfand(ijalf□p[5]r-op[4OP[5]r~op[4~op[5]t~op[4~op[5]f~op[4~op[5]r~op[4-op[5]f-op[4~op[5]f~op[4Fop[3]r-op[2,□￡)⑶,op[2rOP[3]rOP[2,op[3],op[2r-op[3]r-op[2,op[3]^opt^r-op[3]rop[2r-op[3]rop[2,op[3],op[2r-op[3]r-op[2r-op[3]r-op[2r-QP[1F-OP[1,OP[1■op[lFOP[1「□p口F-OP[1,op[l■op[lOP[1小口P,—P，op「口op,op,op，op,op「口P,OP口])；2]#~func2],func2]f~func2],-func2],func2],~func2],func2],func2],-func0])；0])；口])；0])；0]);0])；0]);口]);0]);口]);01)；1]r-func[0])二1]r-func[：0]);1]^functO]);1]rfunc[0]);1]r-func[：0]);1]^func[：0]);1]r-func[：0]);1],func[0]);1]r-func[0]);//wpcwir// sif:beginwpc//wpcwir// sif:beginwpcwiralusrcaalusrcb1；1；1；2'hl;writepcwriteIRPCwirei_shift;or(i_shift,i_s11,i_srlfi_sra};always@*beginwiri.eni.wreg=口二//donatwritememory//donotwriteregisterfilelord=//selectpcasmemoryaddressaluc=4'bxOOO;//ALUoperation:addalusrca.=0；//ALUinputa:regaorsaalusrcb=21h.0;//ALUinputb:regbregrt=□；//regdestno:rd.m2上已目=//selectregashift=：；//selectregapcsource=21hO;//selectaluoutputjal=0;//notajalsext=1；//signextendcase(state)0；0； controlsignals1dfaultoutputs://donotwrirepc//donotwriteirIF：IFstateend// - ID：sid:begin//IDstateif(i_j)begin//jinstructionpcsource=2"h3;//juirpaddresswpc=二;//writePCendelseif(i_jal}Legin//jalinstructionpcsource=2"h3;//juirpaddresswpc=1；//writePCjal=1；//regno=31wreg=1；//savePC+4endelseifbegin//jrinstructionpcsource=2"hS;//juirpregisterwpc=二;//writePCendelsebegin//otherinstructionaluc=4pbx000;//addalusrca=1;//PC

五. 階段的實驗結果（“編譯”、“仿真”等）SS0ZT二一二二屯CjOC<5二一二二心二jocmSPEAKER泮5??<蘆5產5FID33PIO3B卜二37卜二3￡卜二3F卜二3士卜二33FIS22FPGA'CPLD目標芯片FIC19-PIC1?FI323-PIO20FID27-FIC24FIS21-FIO2B_rFID39-PIC22FQBFI34BFIS15-PIC12FIC11-FIOBFI37-FI二士FID9-PI30實哈電路結構圖

NO.1教育資料教育資料引腳分配表：八．測試時的電路總體結構及其說明多周期控制部件的狀態轉移圖

給每個狀態指定—制編碼狀態數:5[LOG.5]=3使用3位狀態碼多周期 控制部件的電路結構圖實驗電路圖>iate ：outfuncop[5..01state[2..0]op[5..D]pcsource[1..0]ParameterValueTypesif000UnsignedBinaryski00