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

1、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(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)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

2、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PP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：INTA/WR/RD/IOM/S3/S2/S1/S0/LDA/LDB/LDR0/LDSP/

3、L0AD/LDAR/LDIR/ALUB/RSB/RDB/RIB/SPB/PCB/LDPC/STI/CLIS0 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

4、图：五、调试运行结果： 4、VHDL程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.std_logic_1164.ALL;ENTITY CONTROLLER IS PORT( RESET : IN STD_LOGIC; T1 : IN STD_LOGIC; INTR : IN STD_LOGIC; INS : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); CTRL : OUT STD_LOGIC_VECTOR(23 DOWNTO 0) );END CONTROLLER;ARCHITECTURE CONTROLLER_ARCH OF CONTROLLER ISTYPE ST

5、ATE IS (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);SIGNAL CUFSM: STATE;-CTRL:INTA,WR,RD,IOM,S3,S2,S1

6、,S0,LDA,LDB,LDRI,LDSP,LOAD,LDAR,LDIR,ALU_B,RS_B,RD_B,RI_B,SP_B,PC_B,LDPC,STI,CLIBEGIN PROCESS (T1,RESET,INTR,INS) BEGIN IF RESET = 0 THEN CTRL = ; -CLI CUFSM CTRL = ; -中断判断 CUFSM IF INTR=1 THEN CTRL BUS,BUS-A CUFSM = S33; ELSE CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFS

7、M CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM IF INS(7 downto 4) = 0000 THEN -ADD INS CTRL = ; CUFSM = S47; ELSIF INS(7 downto 4) = 0001 THEN -AND INS CTRL = ; CUFSM = S48; ELSIF INS(7 downto 4) = 0010 THEN - IN INS CTRL = ; CUFSM = S49; ELSIF INS(7 downto 4) = 0011 THEN -OUT INS CTRL = ; CUFSM = S

8、50; ELSIF INS(7 downto 4) = 0100 THEN - MOV INS CTRL = ; CUFSM = S51; ELSIF INS(7 downto 4) = 0101 THEN - HLT INS CTRL = ; CUFSM = S52; ELSIF INS(7 downto 4) = 0110 THEN - LDI INS CTRL = ; CUFSM = S53; ELSIF INS(7 downto 4)= 0111 THEN - STI INS CTRL = ; CUFSM = S54; ELSIF INS(7 downto 4) = 1000 THEN

9、 - CLI INS CTRL = ; CUFSM = S55; ELSIF INS(7 downto 4) = 1001 THEN - PUSH INS CTRL = ; CUFSM = S56; ELSIF INS(7 downto 4) = 1010 THEN - POP INS CTRL = ; CUFSM = S57; ELSIF INS(7 downto 4) = 1011 THEN - INET INS CTRL = ; CUFSM = S58; ELSIF INS(7 downto 6) = 11 AND INS(3 downto 2) = 00 THEN - 直接 INS C

10、TRL = ; CUFSM = S59; ELSIF INS(7 downto 6) = 11 AND INS(3 downto 2) = 01 THEN - 间接 INS CTRL = ; CUFSM = S60; ELSIF INS(7 downto 6) = 11 AND INS(3 downto 2) = 10 THEN - 变址 INS CTRL = ; CUFSM = S61; ELSIF INS(7 downto 6) = 11 AND INS(3 downto 2) = 11 THEN - 相对 INS CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL =

11、; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL =

12、; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL = ; CUFSM CTRL =

13、; CUFSM CTRL = ; CUFSM IF INS(7 downto 4) = 1100 THEN CTRL = ; CUFSM = S12; ELSIF INS(7 downto 4) = 1101 THEN CTRL = ; CUFSM = S13; ELSIF INS(7 downto 4) = 1110 THEN CTRL = ; CUFSM = S14; ELSIF INS(7 downto 4) = 1111 THEN CTRL = ; CUFSM IF INS(7 downto 4) = 1100 THEN CTRL = ; CUFSM = S12; ELSIF INS(

14、7 downto 4) = 1101 THEN CTRL = ; CUFSM = S13; ELSIF INS(7 downto 4) = 1110 THEN CTRL = ; CUFSM = S14; ELSIF INS(7 downto 4) = 1111 THEN CTRL = ; CUFSM IF INS(7 downto 4) = 1100 THEN CTRL = ; CUFSM = S12; ELSIF INS(7 downto 4) = 1101 THEN CTRL = ; CUFSM = S13; ELSIF INS(7 downto 4) = 1110 THEN CTRL =

15、 ; CUFSM = S14; ELSIF INS(7 downto 4) = 1111 THEN CTRL = ; CUFSM IF INS(7 downto 4) = 1100 THEN CTRL = ; CUFSM = S12; ELSIF INS(7 downto 4) = 1101 THEN CTRL = ; CUFSM = S13; ELSIF INS(7 downto 4) = 1110 THEN CTRL = ; CUFSM = S14; ELSIF INS(7 downto 4) = 1111 THEN CTRL = ; CUFSM CTRL BUS,BUS-B CUFSM

16、CTRL BUS,BUS-B CUFSM CTRL BUS,BUS-B CUFSM IF INS = THEN CTRL = ; CUFSM = S11; ELSIF INS = THEN CTRL = ; CUFSM CTRL BUS,BUS-B CUFSM CTRL BUS,BUS-B CUFSM = S1; END CASE; END IF; END PROCESS; END CONTROLLER_ARCH ;5、机器码验证程序： $P 00 60 ; LDI R0,13H 将立即数13装入R0 $P 01 13 $P 02 30 ; OUT C0H,R0 将R0中的内容写入端口C0中，

17、即写 $P 03 C0 ; ICW1，边沿触发，单片模式，需要ICW4 $P 04 60 ; LDI R0,30H 将立即数30装入R0 $P 05 30 $P 06 30 ; OUT C1H,R0 将R0中的内容写入端口C1中，即写 $P 07 C1 ; ICW2，中断向量为30-37 $P 08 60 ; LDI R0,03H 将立即数03装入R0 $P 09 03 $P 0A 30 ; OUT C1H,R0 将R0中的内容写入端口C1中，即写 $P 0B C1 ; ICW4，非缓冲，86模式，自动EOI $P 0C 60 ; LDI R0,FEH 将立即数FE装入R0 $P 0D FE

18、$P 0E 30 ; OUT C1H,R0 将R0中的内容写入端口C1中，即写 $P 0F C1 ; OCW1，只允许IR0请求 $P 10 63 ; LDI SP,A0H 初始化堆栈指针为A0 $P 11 A0 $P 12 70 ; STI CPU开中断 $P 13 20 ; IN R0,00H 从端口00（IN单元）读入计数初值 $P 14 00 $P 15 41 ; LOOP：MOV R1,R0 移动数据，并等待中断 $P 16 E0 ; JMP LOOP 跳转，并等待中断 $P 17 15 ; 以下为中断服务程序： $P 20 80 ; CLI CPU关中断 $P 21 61 ; LD

19、I R1,01H 将立即数01装入R1 $P 22 01 $P 23 04 ; ADD R0,R1 将R0和R1相加，即计数值加1 $P 24 30 ; OUT 40H,R0 将计数值输出到端口40（OUT单元） $P 25 40 $P 26 70 ; STI CPU开中断 $P 27 B0 ; IRET 中断返回 $P 30 20 ; 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