系统硬件综合设计
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计算机与信息学院
系统硬件综合设计》
课程设计报告
学生姓名：李
学号：1234567890
专业班级：计算机
2017 年07 月01 日
1.pcf 部分
always @(posedge Clk)
begin
PCPlus4F_Reg = PCPlus4F;
if (BranchM&ZeroM) PCF = PCBranchM;
else PCF = PCPlus4F;
InstructionF_Reg = InstructionF;
if (InstructionF[31:26] == 6'b000010)
begin
PCF = {6'h0,InstructionF[25:0]};
PCF = PCF << 2;
end
End
assign PCPlus4F = PCF + 4;
assign ImemRdAddrF = PCF;
每个时钟上升沿到来，根据上一个时钟的PCSrcM判断是否为分支指令，若是，则选择
PCBranchM作为这个时钟的指令地址，否则选PCF+4作为这个指令的指令地址，另外对于J 类指令，我设计了一个特定的OpCode=“= 000010”，即为跳转指令，因为每个指令以字节格式存储，占用,4 个字节，故将后26 位立即数进行位扩展后将其左移两位，效果等同于乘4，再将其赋值给PCF，这样下一跳的指令地址即为所要跳转的地址。对于这个部分，我起先是准备将其设计成一个模块的，之后由于模块接口连接时出现了无法解决的错误：输出PCF要作为Instruction Memory 的输入，又要作为自身模块下一跳的输入，导致三者关联一起变化，程序报错，后来我又想到将PCF的输出改成两个，PCFout 及PCFnext，PCFout 作为Instruction Memory的输入，PCFnext 作为自身模块下一跳的输入，但是程序仍无法正常运行，最后我想到了在top 模块中对PCF进行处理并得以实
现。
2. Instruction Memory 模块
initial begin
$readmemh("instruction", InstMem, 8'h0);
end
always @(ImemRdAddr) begin
Instruction <= InstMem[ImemRdAddr>>2];
end
这个模块很简单，主要是通过instructin 文档来存储指令，以PCF作为地址取出指令输出至Control ，SignExtend ，Register 三个模块。
3.Ctr 模块
always @(OpCode) begin case(OpCode) // R-I // addiu 6'b001001:
begin
RegDstD = 1;
ALUSrcD = 1;
MemtoRegD = 0;
RegWriteD = 1;
MemWriteD = 0;
BranchD = 0;
ALUOp = 2'b10; end //addi
endcase
end
always @(ALUOp or Funct)
begin
casex({OpC
ode ,ALUOp
, Funct})
14'b10001100xxxxxx: ALUControlD = 5'b00010; // LW : add
14'b00010001xxxxxx: ALUControlD = 5'b00110; // SW : substract beq
endcase end
endmodule
Control 模块主要对来自Instruction Memory模块的指令进行分解，得到
OpCode(指令高六位) ，Funct(指令低六位) ，在通过分析OpCode得到RegDstD，ALUSrcD ，MemtoRegD，RegWriteD ，BranchD ，ALUOp这六个信号量，用于后面的运算，再使用OpCode, ALUOp, Funct 三者的组合对指令的运算方法进行分析，得到相应的ALUControlD 输出至ALU模块。
4.Register模块
initial
begin
$readmemh("register", regFile, 32'h0);
end
// write on falling clock edge
always @(posedge Clk)
begin
if(RegWrite == 1'b1)
regFile[RegWrAddr] <= RegWrData;
end
assign RegARdData = (RegARdAddr >= 0)? regFile[RegARdAddr]:0;
assign RegBRdData = (RegBRdAddr >= 0)? regFile[RegBRdAddr]:0;
通过信号量RegWrite 来判断读写操作，RegWrite=1 即为写操作，0 为读操作，读写皆操作于建立的register 文档中，另在top 模块中有
assign RegARdAddr = InstructionD[25:21];
assign RegBRdAddr = InstructionD[20:16]; 对寄存器地址赋值，register 读出的两个数可供ALU选择使用。
5.ALU 模块
assign Zero = (ALURes == 0)? 1:0;//ALURes 0 跳转
always @(SrcA or SrcB or ALUCtr)
begin
OverFlow = 0;
TmpForSrcB = 0;
HI = 0;
LO = 0;
A = 0;
B = 0;
case(ALUCtr)
5'b10011:
begin
TmpForSrcB = SrcB;
TmpForSrcB[31] = (TmpForSrcB[31]+1)%2;
ALURes = SrcA + TmpForSrcB;
if ((SrcA[31] != TmpForSrcB[31]) || (SrcA[31] == TmpForSrcB[31] && ALURes[31] == SrcA[31]))
begin
OverFlow = 1'b0; end
else