组成原理实验报告基于硬布线控制器设计并实现毕业论文.docx
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组成原理实验报告基于硬布线控制器设计并实现毕业论文
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评语:
课中检查完成的题号及题数：
课后完成的题号与题数：
成绩:
指导教师:
实验报告
实验名称：
基于硬布线控制器设计并实现
带中断功能的复杂模型机
日期：
班级：
学号：
姓名：
一、实验目的：
1.
掌握硬布线控制器的组成原理、设计方法；
2.
了解硬布线控制器和微程序控制器的各自优缺点；
3.
掌握并会设计带中断功能的复杂模型机的硬布线控制器。
二、实验内容：
1.
根据带中断功能的复杂模型机的微程序流图，画出状态机描述图；
2.
分析每个状态所需的控制信号，产生控制信号表，并用VHDL语言来设计程序，实现状态机描述的功能；
3.
用Quartus软件进行编译链接，选择器件，定义管脚，编程下载，然后用CM3P联机测试每一条机器指令的功能。
三、项目要求及分析：
实验要求设计带中断功能的复杂模型机的硬布线控制器，可先参照前面带中断处理能力的模型机设计实验画出微程序流程图，参照二进制微代码表设控制信号表。
然后用VHDL语言编程实现，主要注意原P<1>—P<4>的修改，采用分支语句实现。
然后就是连线装载带中断处理能力的模型机微程序检验。
四、具体实现：
应包括：
状态图、控制信号表、控制引脚图、VHDL程序、机器码验证程序等。
1、状态图：
2、控制状态表：
INTAWRRDIOMS3S2S1S0LDALDBLDR0LDSPL0ADLDARLDIRALUBRSBRDBRIBSPBPCBLDPCSTICLI
S0
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S10
S11
S12
S13
S14
S15
S16
S17
S18
S19
S20
S21
S22
S23
S24
S25
S26
S27
S28
S29
S30
S31
S32
S33
S34
S35
S36
S37
S38
S39
S40
S41
S42
S43
S44
S45
S46
S47
S48
S49
S50
S51
S52
S53
S54
S55
S56
S57
S58
S59
S60
S61
S62
3、控制引脚图：
五、调试运行结果：
4、VHDL程序：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.std_logic_1164.ALL;
ENTITYCONTROLLERIS
PORT（
RESET:
INSTD_LOGIC;
T1:
INSTD_LOGIC;
INTR:
INSTD_LOGIC;
INS:
INSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）;
CTRL:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（23DOWNTO0）
）;
ENDCONTROLLER;
ARCHITECTURECONTROLLER_ARCHOFCONTROLLERIS
TYPESTATEIS（S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15,S16,
S17,S18,S19,S20,S21,S22,S23,S24,S25,S26,S27,S28,S29,S30,S31,S32,S33,S34,S35,
S36,S37,S38,S39,S40,S41,S42,S43,S44,S45,S46,S47,S48,S49,S50,S51,S52,S53,S54,
S55,S56,S57,S58,S59,S60,S61,S62）;
SIGNALCUFSM:
STATE;
--CTRL:
INTA,WR,RD,IOM,S3,S2,S1,S0,LDA,LDB,LDRI,LDSP,LOAD,LDAR,LDIR,ALU_B,RS_B,RD_B,RI_B,SP_B,PC_B,LDPC,STI,CLI
BEGIN
PROCESS（T1,RESET,INTR,INS）
BEGIN
IFRESET='0'THEN
CTRL<="";--CLI
CUFSM<=S0;
ELSIFT1'EVENTANDT1='1'THEN
CASECUFSMIS
WHENS0=>
CTRL<="";--中断判断
CUFSM<=S1;
WHENS1=>
IFINTR='1'THEN
CTRL<="";--R0->BUS,BUS->A
CUFSM<=S33;
ELSECTRL<="";
CUFSM<=S2;
ENDIF;
WHENS33=>
CTRL<="";
CUFSM<=S34;
WHENS34=>
CTRL<="";
CUFSM<=S35;
WHENS35=>
CTRL<="";
CUFSM<=S36;
WHENS36=>
CTRL<="";
CUFSM<=S37;
WHENS37=>
CTRL<="";
CUFSM<=S38;
WHENS38=>
CTRL<="";
CUFSM<=S2;
WHENS2=>
CTRL<="";
CUFSM<=S3;
WHENS3=>
IFINS（7downto4）="0000"THEN--ADDINS
CTRL<="";
CUFSM<=S47;
ELSIFINS（7downto4）="0001"THEN--ANDINS
CTRL<="";
CUFSM<=S48;
ELSIFINS（7downto4）="0010"THEN--ININS
CTRL<="";
CUFSM<=S49;
ELSIFINS（7downto4）="0011"THEN--OUTINS
CTRL<="";
CUFSM<=S50;
ELSIFINS（7downto4）="0100"THEN--MOVINS
CTRL<="";
CUFSM<=S51;
ELSIFINS（7downto4）="0101"THEN--HLTINS
CTRL<="";
CUFSM<=S52;
ELSIFINS（7downto4）="0110"THEN--LDIINS
CTRL<="";
CUFSM<=S53;
ELSIFINS（7downto4）="0111"THEN--STIINS
CTRL<="";
CUFSM<=S54;
ELSIFINS（7downto4）="1000"THEN--CLIINS
CTRL<="";
CUFSM<=S55;
ELSIFINS（7downto4）="1001"THEN--PUSHINS
CTRL<="";
CUFSM<=S56;
ELSIFINS（7downto4）="1010"THEN--POPINS
CTRL<="";
CUFSM<=S57;
ELSIFINS（7downto4）="1011"THEN--INETINS
CTRL<="";
CUFSM<=S58;
ELSIFINS（7downto6）="11"ANDINS（3downto2）="00"THEN--直接INS
CTRL<="";
CUFSM<=S59;
ELSIFINS（7downto6）="11"ANDINS（3downto2）="01"THEN--间接INS
CTRL<="";
CUFSM<=S60;
ELSIFINS（7downto6）="11"ANDINS（3downto2）="10"THEN--变址INS
CTRL<="";
CUFSM<=S61;
ELSIFINS（7downto6）="11"ANDINS（3downto2）="11"THEN--相对INS
CTRL<="";
CUFSM<=S62;
ENDIF;
WHENS47=>
CTRL<="";
CUFSM<=S4;
WHENS4=>
CTRL<="";
CUFSM<=S5;
WHENS5=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS48=>
CTRL<="";
CUFSM<=S6;
WHENS6=>
CTRL<="";
CUFSM<=S7;
WHENS7=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS49=>
CTRL<="";
CUFSM<=S8;
WHENS8=>
CTRL<="";
CUFSM<=S9;
WHENS9=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS50=>
CTRL<="";
CUFSM<=S10;
WHENS10=>
CTRL<="";
CUFSM<=S16;
WHENS16=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS51=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS52=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS53=>
CTRL<="";
CUFSM<=S17;
WHENS17=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS54=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS55=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS56=>
CTRL<="";
CUFSM<=S18;
WHENS18=>
CTRL<="";
CUFSM<=S19;
WHENS19=>
CTRL<="";
CUFSM<=S20;
WHENS20=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS57=>
CTRL<="";
CUFSM<=S21;
WHENS21=>
CTRL<="";
CUFSM<=S22;
WHENS22=>
CTRL<="";
CUFSM<=S23;
WHENS23=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS58=>
CTRL<="";
CUFSM<=S24;
WHENS24=>
CTRL<="";
CUFSM<=S25;
WHENS25=>
CTRL<="";
CUFSM<=S26;
WHENS26=>
CTRL<="";
CUFSM<=S1;
WHENS59=>
CTRL<="";
CUFSM<=S28;
WHENS28=>
CTRL<="";
CUFSM<=S29;
WHENS60=>
CTRL<="";
CUFSM<=S30;
WHENS30=>
CTRL<="";
CUFSM<=S31;
WHENS31=>
CTRL<="";
CUFSM<=S32;
WHENS61=>
CTRL<="";
CUFSM<=S39;
WHENS39=>
CTRL<="";
CUFSM<=S40;
WHENS40=>
CTRL<="";
CUFSM<=S41;
WHENS41=>
CTRL<="";
CUFSM<=S42;
WHENS62=>
CTRL<="";
CUFSM<=S43;
WHENS43=>
CTRL<="";
CUFSM<=S44;
WHENS44=>
CTRL<="";
CUFSM<=S45;
WHENS45=>
CTRL<="";
CUFSM<=S46;
WHENS29=>
IFINS（7downto4）="1100"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S12;
ELSIFINS（7downto4）="1101"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S13;
ELSIFINS（7downto4）="1110"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S14;
ELSIFINS（7downto4）="1111"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S15;
ENDIF;
WHENS32=>
IFINS（7downto4）="1100"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S12;
ELSIFINS（7downto4）="1101"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S13;
ELSIFINS（7downto4）="1110"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S14;
ELSIFINS（7downto4）="1111"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S15;
ENDIF;
WHENS42=>
IFINS（7downto4）="1100"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S12;
ELSIFINS（7downto4）="1101"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S13;
ELSIFINS（7downto4）="1110"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S14;
ELSIFINS（7downto4）="1111"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S15;
ENDIF;
WHENS46=>
IFINS（7downto4）="1100"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S12;
ELSIFINS（7downto4）="1101"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S13;
ELSIFINS（7downto4）="1110"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S14;
ELSIFINS（7downto4）="1111"THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S15;
ENDIF;
WHENS12=>
CTRL<="";--R0->BUS,BUS->B
CUFSM<=S1;
WHENS13=>
CTRL<="";--R0->BUS,BUS->B
CUFSM<=S1;
WHENS14=>
CTRL<="";--R0->BUS,BUS->B
CUFSM<=S1;
WHENS15=>
IFINS=""THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S11;
ELSIFINS=""THEN
CTRL<="";
CUFSM<=S27;
ENDIF;
WHENS11=>
CTRL<="";--R0->BUS,BUS->B
CUFSM<=S1;
WHENS27=>
CTRL<="";--R0->BUS,BUS->B
CUFSM<=S1;
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESS;
ENDCONTROLLER_ARCH;
5、机器码验证程序：
$P0060;LDIR0,13H将立即数13装入R0
$P0113
$P0230;OUTC0H,R0将R0中的内容写入端口C0中，即写
$P03C0;ICW1，边沿触发，单片模式，需要ICW4
$P0460;LDIR0,30H将立即数30装入R0
$P0530
$P0630;OUTC1H,R0将R0中的内容写入端口C1中，即写
$P07C1;ICW2，中断向量为30-37
$P0860;LDIR0,03H将立即数03装入R0
$P0903
$P0A30;OUTC1H,R0将R0中的内容写入端口C1中，即写
$P0BC1;ICW4，非缓冲，86模式，自动EOI
$P0C60;LDIR0,FEH将立即数FE装入R0
$P0DFE
$P0E30;OUTC1H,R0将R0中的内容写入端口C1中，即写
$P0FC1;OCW1，只允许IR0请求
$P1063;LDISP,A0H初始化堆栈指针为A0
$P11A0
$P1270;STICPU开中断
$P1320;INR0,00H从端口00（IN单元）读入计数初值
$P1400
$P1541;LOOP：
MOVR1,R0移动数据，并等待中断
$P16E0;JMPLOOP跳转，并等待中断
$P1715
;以下为中断服务程序：
$P2080;CLICPU关中断
$P2161;LDIR1,01H将立即数01装入R1
$P2201
$P2304;ADDR0,R1将R0和R1相加，即计数值加1
$P2430;OUT40H,R0将计数值输出到端口40（OUT单元）
$P2540
$P2670;STICPU开中断
$P27B0;IRET中断返回
$P3020;IR0的中断入口地址20
初始化8259，然后原地踏步等待中断，每中断一次R0+1，把R0输出到OUT单元
计算了14次，如out单元：
六、所遇问题及解决方法：
VHDL语言编程主要实现各个分支，这里要参照流程图，细心不出错后面实现就比较简单了。
由于刚接触这种语言，开始犯了很多语法错误，后来在老师的帮助下逐一修改了过来。
后面遇到最多的问题还是实验的接线，由于没有标准的接线图，又没有自己画出模拟图，导致接线错误频出，后来也在老师的帮助下改正了过来。
七、实验总结：
1.
本次实验由于内容较多，编程、设计也十分繁琐，导致小错不断，以后再做类似的工作
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