单周期MIPS设计

本文主要是介绍单周期MIPS的源代码且进行说明与功能仿真，完成此次的MIPS 设计的程序为XILINX-ISE与MODELSIM,其中XILINX-ISE的代码编写主窗口为

其中主要包括alu,alucontrol, pc,controller, memory,ireg, regfile,signext,

integrate 9个模块：

1：alu

代码：

entity alu is

Port (

a, b : in STD_LOGIC_vector(31 downto 0);

op : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);

result : out STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0);

zero : out STD_LOGIC

);

end alu;

architecture Behavioral of alu is

begin

process(a,b,op)

begin

case op is

when "0000"=>

result<= a and b; --and

when "0001"=>

result<= a or b; --or

when "0010"=>

result<= a + b; --add

when "0110"=>

result<= a - b; --sub

when "0111"=> --slt

if(a

result<=x"00000001";

else result<=x"00000000";

end if;

when "1100"=>result<= a nor b; --nor

when others=>null;

end case;

if(a=b)then --beq

zero<='1';

else

zero<='0';

end if;

end process;

end Behavioral;

代码解释：ALU是执行逻辑运算的单元，编写这个模块很简单，就是对真值表进行硬件语言描述的过程，以OP的值来控制ALU的加，减，与，或运算，ALU的零输出实现分支控制。

功能仿真：

由此仿真图可知alu工作正常，当op为0000，0001，0010，0110，0111，1100时result分别执行了与，或，加，减等运算，result与zero实际仿真值均与理论值相同。

2：alucontrol

代码：

entity alucontrol is

Port (

f : in STD_LOGIC_VECTOR (5 downto 0);

aluop : in STD_LOGIC_VECTOR (1 downto 0);

op : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0));

end alucontrol;

architecture Behavioral of alucontrol is

begin

process(aluop, f)

begin

case aluop is

when "00" => op <= "0010";

when "01" => op <= "0110";

when "10" =>

case f is

when "100000" => op <= "0010";

when "100010" => op <= "0110";

when "100100" => op <= "0000";

when "100101" => op <= "0001";

when "101010" => op <= "0111";

when "100111" => op <= "1100";

when others => op <= "----";

end case;

when others => op <= "----";

end case;

end process;

end Behavioral;

代码说明：此模块也是根据真值表进行的硬件描述，以控制单元产生ALUOP来使此模块产生需要的ALU控制输入。

功能仿真：

由此仿真图可知，alucontrol与代码相符，功能完全正常，当ALUOP为00时，op为0010，当aluop为01时op为0110，当aluop为10时，op由功能码F 控制。

3：pc

代码：

entity pc is

port (

clk: in STD_LOGIC;

reset: in STD_LOGIC;

inadds: in STD_LOGIC_vector(31 downto 0);

outadds: out STD_LOGIC_vector(31 downto 0)

);

end pc;

architecture Behavioral of pc is

begin

process(clk,reset)

begin

if(reset='1')then ----------复位信号时输出为零

outadds <=x"00000000";

elsif(clk'event and clk='1')then

outadds<=inadds;

end if;

end process;

end Behavioral;

代码说明：pc是一个32位的寄存器，它在每个时钟周期末都会被写入，不需要写控制信号，主要是用来提供下一指令的地址。

功能仿真：

功能仿真结果与代码相符，复位为1是，输出为0，复位为0且时钟上升延时，输出为输入值。

4：controller

代码：

entity controller is

Port (

op : in STD_LOGIC_VECTOR (5 downto 0);

regdst : out STD_LOGIC;

jump : out STD_LOGIC;

branch : out STD_LOGIC;

memread : out STD_LOGIC;

memtoreg : out STD_LOGIC;

aluop : out STD_LOGIC_VECTOR (1 downto 0);

memwrite : out STD_LOGIC;

alusrc : out STD_LOGIC;

regwrite : out STD_LOGIC

);

end controller;