EDA课程设计简易cpu设计

EDA技术课程设计任务书

班级：姓名：学号：

设计题目：简易CPU系统

一、设计目的

进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力；掌握EDA设计的一般方法；熟悉一种EDA软件，掌握一般EDA系统的调试方法；利用EDA软件设计一个电子技术综合问题，培养VHDL编程、书写技术报告的能力。为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。

二、设计任务

用VHDL设计一个4位CPU。要求具备CPU的基本组成：运算器、控制器和寄存器；可以实现两个操作数的五种基本算术运算：加法运算、带进位的加法运算、减法运算、带借位的减法运算和乘法运算；四种逻辑运算：与运算、或运算、非运算、异或运算；以及程序跳转的功能。对设计电路进行波形仿真、定时分析，下载电路实现CPU的预定功能，同时给出设计电路占用芯片资源的基本情况。

三、设计要求

（1）通过对相应文献的收集、分析以及总结，给出相应课题的背景、意义及现状研究分析。

（2）通过课题设计，掌握计算机组成原理的分析方法和设计方法。

（3）学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计和实验结果。

（4）学生应抱着严谨认真的态度积极认真查阅相应文献以及实现，给出

分析、设计。

四、设计时间安排

查找相关资料（1天）、设计并绘制系统原理图（2天）、编写VHDL程序（2天）、调试（2天）、编写设计报告（2天）和答辩（1天）。

五、主要参考文献

[1] 江国强编著. EDA技术与实用(第三版). 北京：电子工业出版社，2011.

[2] 曹昕燕，周凤臣.EDA技术实验与课程设计.北京：清华大学出版社,2006.5

[3] 阎石主编.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2003.

指导教师签字：年月日

简易cup系统

摘要

EDA(electronic design automation)技术是现代电子工程领域的一门新兴的电子设计技术。它大大缩短了集成电路的设计周期，提高了生产效率。VHDL（Very High Speed Integrated Circuit(VHSIC) Hardware Description Language）作为IEEE标准所规范的硬件描述语言，目前正在电子系统设计领域获得广泛应用。

Quartus II是Altera公司最新推出的EDA开发工具。Quartus II支持VHDL 和Verilog硬件描述语言（HDL）的设计输入、基于图形的设计输入方式。Quartus II软件可以将设计、综合、布局和布线以及系统验证全部都整合到一个无缝的环境中。

本论文主要研究的是借助Altera公司的Quartus II4.0软件开发工具,采用VHDL硬件描述语言作为输入方式，采用分层次，分模块的设计方法，对CPU 的各个模块进行了描述，综合和仿真。该4位微处理器取代了手工插线的实验方法，采用EDA技术设计并在实验台上对设计进行了验证，并最终将处理器下载到实验台上，为硬件教学实验改革提供了一个新的尝试。在各个功能模块的实现中主要使用了自顶向上的设计方法。先实现寄存器，再实现寄存器组，最后将各个器件和模块之间互连，得到顶层设计图。

关键词： 4位微处理器;Quartus II;VHDL;CPU系统

目录

第一章绪论......................................................... 错误!未定义书签。

§1.1 概述.................................. 错误!未定义书签。

§1.2 设计目的和意义........................ 错误!未定义书签。

§1.3 系统的开发环境....................... 错误!未定义书签。

§1.3.1 EDA技术简介................... 错误!未定义书签。

§1.3.2 VHDL语言简介.................. 错误!未定义书签。

§1.3.3 QUARTUS II简介................ 错误!未定义书签。第二章总体设计................................................. 错误!未定义书签。

§2.1微处理器技术.......................... 错误!未定义书签。

§2.2 CPU的结构........................... 错误!未定义书签。

§2.2.1算术逻辑单元ALU ................. 错误!未定义书签。

§2.2.2寄存器组RS ...................... 错误!未定义书签。

§2.2.3控制单元........................ 错误!未定义书签。

§2.2.4总线............................ 错误!未定义书签。

§2.3 指令系统的设计........................ 错误!未定义书签。

§2.4数据通路的设计........................ 错误!未定义书签。

§2.5微命令设计............................ 错误!未定义书签。第三章微处理器各个模块的设计与实现......... 错误!未定义书签。

§3.1指令寄存器IR的设计................... 错误!未定义书签。

§3.2程序计数器PC的设计................... 错误!未定义书签。

§3.3算术逻辑单元ALU模块的设计............ 错误!未定义书签。

§3.4 内存储器RAM模块的设计................ 错误!未定义书签。

§3.5控制器SEQUENCER模块的设计............ 错误!未定义书签。第四章设计结论................................................. 错误!未定义书签。参考文献............................................................... 错误!未定义书签。