数字电路实验（十八）——CPU综合设计（14）

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我是靠谱客的博主典雅刺猬，最近开发中收集的这篇文章主要介绍数字电路实验（十八）——CPU综合设计（14），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

四、系统测试

4.1 测试环境

采用基于FPGA进行数字逻辑电路设计的方法。
采用的软件工具是QuartusII软件仿真平台。

4.2 测试代码

数据初始值为：
A寄存器：11111100
B寄存器：00000111
C寄存器：01100011
D寄存器：00，指向a寄存器

测试程序为：
00000000 0 无操作
11110110 246 将c寄存器中的值移动到b寄存器//MOV
11111101 253 将b寄存器中的值移动到d（地址寄存器）//MOV
11110011 243 将d（地址寄存器）指向的寄存器的值移动到a寄存器//MOV
10010010 146 将a寄存器与c寄存器中的值相加赋给a寄存器//ADD
01100110 102 将b寄存器与c寄存器中的值相减赋给b寄存器//SUB
10110111 183 将b寄存器与d（地址寄存器）指向的寄存器取或赋给a寄存器//OR
01010011 83 将a寄存器中的值取反赋给a寄存器//NOT
10101000 168 将c寄存器中的值循环右移一位赋给c寄存器//RSR
00100011 35 将led_in的值输入给a寄存器//IN
01001111 79 将d（地址寄存器）指向的寄存器的值输出给led_out//OUT
00010001 17 z=0时将ram中的下一地址16给pc//JZ
00010010 18 c=1时将ram中的下一地址18给pc//JC
00010000 16 将ram中的下一地址14给pc//JMP
01110000 112 将PC+1，跳过下一条指令//NOP
10101000 168 将c寄存器中的值循环右移一位赋给c寄存器//RSR
10101011 171 将c寄存器中的值循环左移一位赋给c寄存器//RSL
10000000 128 停机//HALT
结束
在这里插入图片描述

4.3测试结果

在这里插入图片描述

0到5ns，无操作
5~25ns，第一条指令00000000，模拟开机，c和z信号初始化为0
25~45ns，第二条指令11110110，将c寄存器中的值01100011移动到b寄存器，即b寄存器的值在40ns变化为了01100011
45~65ns，第三条指令11111101，将b寄存器中的值01100011移动到d（地址寄存器），即d寄存器的值在60ns变化为了00000001，改为指向b寄存器
65~85ns，第四条指令11110011，将d（地址寄存器）指向的寄存器的值移动到a寄存器，即a寄存器的值在80ns变化为了01100011
85~105ns，第五条指令10010010，将a寄存器与c寄存器中的值01100011和01100011相加，结果11000110赋给a寄存器，由于没有产生进位，进位=0，a寄存器的值在100ns变化为了11000110，c的值在95ns变化为了0，z的值在95ns变化为了0
105~125ns，第六条指令01100110，将b寄存器与c寄存器中的值01100011和01100011相减，结果00000000赋给b寄存器，由于没有产生借位，借位=0，b寄存器的值在120ns变化为了00000000，c的值在115ns变化为了0，z的值在115ns变化为了0
125~145ns，第七条指令10110111，将b寄存器与d（地址寄存器）指向的寄存器（b寄存器）做取或操作，00000000与00000000取或结果为00000000赋给b寄存器，取或的结果的值为0，即b寄存器的值在140ns变化为了00000000，z的值在135ns变化为了1
145~165ns，第八条指令01010011，将a寄存器中的值取反赋给a寄存器，取反结果为00111001，取反的结果的值为1，即a寄存器的值在160ns变化为了00111001，z的值在155ns变化为了0
165~185ns，第九条指令10101000，将c寄存器中的值循环右移一位赋给c寄存器，结果为10110001，移位的结果为1，即c寄存器的值在180ns变化为了10110001，c的值在175ns变为了1
185~205ns，第十条指令00100011，将led_in的值输入给a寄存器，结果为10101100，即a寄存器的值在200ns变化为了10101100
205~225ns，第十一条指令01001111，将d寄存器（地址寄存器）指向的寄存器的值输出给led_out，结果为00000000，即led_out的值在220ns变化为了00000000
225~245ns，第十二条指令00010001，判断z的值，在z=0时将跳转到下一地址，由于z的值为0，执行本条指令，即跳转到第十六个位置的指令，即第十四条指令，指令为00010000。
245~265ns，第十四条指令00010000，跳转到下一地址，即跳转到第十四个位置的指令，即第十三条指令，指令为00010010。
265~285ns，第十三条指令00010010，判断c的值，在c=1时将跳转到下一地址，由于c的值为1，执行本条指令，即跳转到第十八个位置的指令，即第十五条指令，指令为01110000。
285~305ns，第十五条指令01110000，将PC的值+1，即下一步将跳过第十六条指令，执行第十七条指令10101011。
305~325ns，第十七条指令10101011，将c寄存器中的值循环左移一位赋给c寄存器，结果为01100011，移位的结果为0，即c寄存器的值在300ns变化为了01100011，c的值在295ns变化为了1
325~345ns，第十八条指令10000000，停机指令，pc的值不在变化，不管后续的clock时钟信号和sm使能信号如何变化，将不再执行后序的指令，永远停留在10000000指令，同时所有的数据的值进行保留，所有的输出信号，即：c信号、z信号、jcqa信号、jcqb信号、jcqc信号、jcqd信号、led_out信号的值将不再变化。