中断请求串行判优先电路的设计

沈阳航空工业学院

课程设计报告

课程设计名称：计算机组成原理课程设计

课程设计题目：中断请求串行判优先电路的设计

院（系）：计算机学院

专业：计算机科学与技术

班级：7401101

学号：200704011011

姓名：丁平

指导教师：施国君

完成日期：2010年1月15日

沈阳航空工业学院课程设计报告

目录

第1章总体设计方案 (1)

1.1设计原理 (1)

1.2设计思路 (2)

1.3设计环境 (2)

第2章详细设计方案 (5)

2.1顶层方案图的设计与实现 (5)

2.1.1创建顶层图形设计文件 (5)

2.1.2器件的选择与引脚锁定 (5)

2.1.3编译、综合、适配 (7)

2.2功能模块的设计与实现 (7)

2.2.1 8_3CODER的设计与实现 (7)

2.2.2 8AND的设计与实现 (9)

2.2.3 CELL的设计与实现 (11)

2.2.4 INTC完整原理图 (12)

2.3仿真调试 (13)

第3章编程下载与硬件测试 (15)

3.1编程下载 (15)

3.2硬件测试及结果分析 (15)

参考文献 (19)

附录（电路原理图） (20)

第1章总体设计方案

1.1 设计原理

主机与外部设备的信息交换方式主要有：程序查询方式，程序中断方式，DM A方式等。程序中断方式的主要特点是：程序切换（程序转移）和随机性。对于小数据量交换的场合，用程序中断方式是很方便和高效的。程序中断方式是指：C PU在执行程序的过程中，如果因出现某种随机事件而收到中断请求，则暂时停止现行程序的执行，转去执行一段中断服务程序，以处理该事件，并在处理完毕后自动恢复程序的执行。

中断请求串行优先电路，即菊花链优先排队电路，是一种优先级管理的简单硬件方案。它为每个设备接口都设置一个简单的逻辑电路，以便根据优先级来传递或截取CPU发出的中断响应信号INTA（低电平有效），以实现响应中断的优先顺序（如图1.1所示）。

图1.1 菊花链排队电路原理图

由于需要产生中断向量，所以在菊花链排队电路的基础上，再加入中断向量产生逻辑。实用的中断控制器都可以实现对特定中断的屏蔽，所以在上述电路的基础上再加入中断屏蔽电路。

1.2 设计思路

题目要求设计的电路由中断请求触发器、中断向量寄存器和门电路等逻辑部件组成。所以电路主要由菊花链排队部分（用于中断响应信号INTA的传递或截取）和中断向量产生部分（用于生成当前中断请求中优先级最高的中断请求的中断向量）。菊花链排队部分应包括菊花链电路和中断汇总电路。中断向量产生部分需要挑选出当前中断请求中优先级别最高的请求，所以一种简单的方案是采用优先编码器生成相应的中断向量。中断源数目为8，所以只需要使用8-3优先编码器即可完成。中断设备码用8位二进制数表示，但真正有用的设备码只包含在其低3位，高5位置0即可。实现特定中断屏蔽功能，只需在上述基础上加入一个中断屏蔽寄存器，输入的中断请求在经过中断屏蔽寄存器过滤后再送菊花链排队部分和中断向量产生部分。其设计框图如图1.2所示。

图1.2 中断请求串行优先电路设计框图

1.3 设计环境

（1）硬件环境

•伟福COP2000型计算机组成原理实验仪

COP2000计算机组成原理实验系统实验箱及其配套软件组成。其软硬件对用

户的实验设计具有完全的开放特性。它的各模块的数据线、地址线与系统之间的挂接是通过三态门，而不是其它实验设备所采用的扁平连线方法，而数据线、地址线是否要与系统连通，则由用户连线控制。COP2000系统的运算器采用EDA 技术设计，随机出厂时，已提供一套已装载方案，能进行加、减、与、或、带进位加、取反、直通八种运算方式，若用户不满意该套方案，也可自行重新设计并通过JTAG口下载。控制器微指令格式及定义可通过键盘和PC机进行重新设计，从而产生与众不同的指令系统。

系统和数据线、地址线、控制线均在产品线插孔区引出，并设计了40芯锁进插座，供用户进行RAM、8251、8255、8259等接口器件的扩展实验。

（2）EDA环境

•Xilinx Foundation F3.1设计软件

Xilinx Foundation F3.1是Xilinx公司主要的可编程器件开发工具，它可用来开发Xilinx公司的Spar-tan Virtex XC3000XC4000XC5200 系列的FPGA芯片和XC9500系列的CPLD芯片。该平台功能强大,主要用于百万逻辑门级的设计和1Gb/s的高速通信内核的设计。利用该系统可完成从设计构想到比特流下载的全部过程。该平台以工程管理器为主界面，同时集成了Xilinx公司以及其他公司的一些优秀软件。用Xilinx Foundation F3.1进行FPGA设计流程图的步骤如图1.3 所示。

图1.3 FPGA 设计流程图

•COP2000集成开发环境

COP2000集成开发环境是COP2000计算机组成原理实验仪的配套软件环境，在这个软件环境下可完成汇编程序的调试、指令系统的设计、实时仿真与调试等功能，其界面如图1.4 。

图1.3 COP2000计算机组成原理集成调试软件

设计入口

设计验证

第2章详细设计方案

2.1 顶层方案图的设计与实现

顶层方案图实现中断请求串行优先电路，中断控制器封装在名为INTC的自定义符号中。INTC中又用到了多个自定义符号，包括8_3CODER（8-3优先编码器，用于中断向量生成电路中）、8AND（内含8个二输入与门，用于中断屏蔽电路）、CELL（菊花链节点，用于组建菊花链电路）。

2.1.1创建顶层图形设计文件

顶层图形文件由输入输出端口和INTC组成（如图2.1）。左上角为8个中断请求输入端，左下角为8个中断屏蔽信号输入端，右上角为8个中断响应信号输出端，右下角为8个中断向量输出端。__INTA为CPU中断响应信号输入端（低电平有效，其他输入信号均为高电平有效），INT为中断请求输出端（接CPU的INT引脚）。

图2.1 中断请求串行判优先电路顶层设计图

2.1.2器件的选择与引脚锁定

（1）器件的选择