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基于可编程逻辑器件ispLSI1032的定向型计算机硬件EDA的研究

2017年09月29日 19:38 次阅读

   依照现在集成电路的发展状态,市面上采用的是TDN-CM++实验装置上复杂可编程逻辑器件ispLSI1032芯片,为此设计一个定向型计算机硬件系统。

  1引言

  随着计算机技术的迅速发展,计算机系统中使用的硬件部件基本上都采用大规模和超大规模集成电路,这些电路的设计、验证和测试必须使用先进的工具软件,使硬件设计逐渐趋于软件化,加快硬件设计和调试的速度,计算机硬件作为一个典型的复杂数字系统,其设计方法发生了根本性的变革。EDA(Electronic Design AutomaTIon ,电子设计自动化)技术就是一种自动完成将用软件的方式设计的电子系统形成集成电子系统或专用芯片的一门新技术。

  TDN-CM++实验装置是计算机组成原理及系统结构课程的专用实验箱,但存在硬件结构基本固定、CPU的各个组成部件全部做好、以验证型的实验为主、学生只需按书中要求拨动相应开关就能完成实验等问题,达不到在整体上把握计算机的基本原理和工作流程的目的,实验效果不尽人意。

  根据目前计算机和集成电路技术的发展现状,利用TDN-CM++实验装置上复杂可编程逻辑器件ispLSI1032芯片,设计一个定向型计算机硬件系统,包括运算器、控制器、存储器的设计,以达到弥补实验装置和实验项目不足的目的。

  2基于EDA技术的计算机硬件系统设计过程

  设计一台完整的计算机硬件系统主要经过如下几个阶段:

  2.1确定指令系统

  该系统的指令系统如表1所示。指令和数据都采用8位表示。源操作数采用存储器直接寻址方式,目的操作数采用隐含寻址。

  表1指令系统

  针对定向型计算机硬件EDA的研究

  2.2总体结构与数据通路

  该系统总体结构与数据通路如图1所示。

  针对定向型计算机硬件EDA的研究

  图1系统总体结构与数据通路图

  2.3状态确定

  该系统指令周期是6个时钟周期,前是三个时钟周期即状态S0~S2为指令的读取周期,后3个时钟周期即S3~S5为指令的执行周期。

  2.4设计指令执行的流程

  该系统指令执行流程如表2所示。

  表2指令执行流程

  

针对定向型计算机硬件EDA的研究

  2.5编程、调试、运行、仿真

  编程、编译、综合所设计的工程文件,建立测试向量进行功能仿真。将生成的JEDEC文件下载至实验仪器的ispLSI芯片中。按设计的线路图进行连线。系统连线图如图2所示。把程序写入内存中。调试运行。

  针对定向型计算机硬件EDA的研究

  图2系统连线图

  3各功能部件的VHDL源程序

  3.1内存ROM功能模块的VHDL实现

  对于图1中ispLSI芯片功能图中内存ROM 16X8的功能采用VHDL实现代码如下。

  rom16x8: process(ce)

  begin

  if ce=‘0’ then ——使能端ce为逻辑“0”时,才能进行数据的读取命令。

  case addrbus is

  when“0000”=》

  maindata

  maindata[outport,led,wr]) [.x.,1]-》[.x.,。x.,。x.];

  @REPEAT 100 {[.c.,0]-》[.x.,。x.,。x.];} [.x.,1]-》[.x.,。x.,。x.];

  END

  3.2 CPU功能模块的VHDL实现

  对于图1 中ispLSI 芯片功能图中内CPU 功能模块的VHDL 实现流程如图3 所示,它是整个模型机的核心。

  针对定向型计算机硬件EDA的研究

  图3 CPU 功能模块VHDL 实现流程

  计算机硬件系统的仿真根据ROM的中存放的程序不同,这个模型机完成的操作也就不同,下面将通过建立编写仿真测试向量,来进行逻辑功能仿真,检验设计是否实现了需要完成的功能。 对实现20-6+2运算的工作程序及其在ROM内存映像(起始地址0H)如表3所示:

  表3工作程序

  针对定向型计算机硬件EDA的研究

  利用上面建立的测试向量文件,其仿真结果如图4所示。

  由仿真波形可以看到在执行OUT指令时送出20-6+2的运算结果为1C,同时使输出给OUTPUT DEVICE的信号led=‘0’,wr也由1-》0.在执行HLT指令时run由1-》0,模型机停机。这与理论结果完全相符。

  针对定向型计算机硬件EDA的研究

  图4仿真结果

  结束语

  作者创新点为:提出了在TDN-CM++实验装置中的复杂可编程逻辑器件ispLSI1032芯片上,设计定向型计算机硬件系统(包括运算器、控制器、存储器)的结构、设计方法及具体实现,弥补了TDN-CM++实验装置的不足,为进一步理解计算机原理和组成以及系统结构方面的知识创造了条件,为嵌入式系统等的应用打好基础。

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发表于 2017-08-08 14:44 396次阅读
基于USB及EDA的硬件加密系统

单片机和PLD有什么联系与区别,PLD入门须知的...

当今电子系统的复杂性在不断增加,而电子产品的更新换代越来越快,传统的设计方法难以适应。随着计算机技术...

发表于 2017-06-19 09:10 741次阅读
单片机和PLD有什么联系与区别,PLD入门须知的...

简述BSDL边界扫描语言,BSDL边界扫描语言的...

BSDL边界扫描语言的边界扫描是一个完善的测试技术。 边界扫描在自当联合测试行动组(JTAG)90年...

发表于 2017-04-19 14:49 851次阅读
简述BSDL边界扫描语言,BSDL边界扫描语言的...

小白FPGA入门,这几个方面要注意!

FPGA的基础就是数字电路和HDL语言,想学好FPGA的人,建议床头都有一本数字电路的书,不管是哪个...

发表于 2017-04-19 10:35 1594次阅读
小白FPGA入门,这几个方面要注意!

eda技术与设计

随着微电子技术和计算机技术的不断发展,在涉及通信、国防、航天、工业自动化、仪器仪表等领域工作中,ED...

发表于 2017-03-08 08:41 959次阅读
eda技术与设计

简单组合时序电路设计

要求完成占空比(高电平占一个时钟周期的比例)为0.25的8分频电路模块的Verilog设计,并且设计...

发表于 2017-03-01 14:31 964次阅读
简单组合时序电路设计

松山湖成IC设​计产业聚集地 增加自主芯片设计专...

根据2016年底发布的《东莞集成电路产业发展白皮书》,东莞是全国最重要的电子信息制造业产地之一,云集...

发表于 2017-02-24 09:24 500次阅读
松山湖成IC设​计产业聚集地 增加自主芯片设计专...

FPGA实战开发技巧(8)

FPGA 设计的时序性能是由物理器件、用户代码设计以及EDA 软件共同决定的,忽略了任何一方面的因素...

发表于 2017-02-11 16:34 252次阅读
FPGA实战开发技巧(8)

初学者学习Verilog HDL的步骤和经验技巧

Verilog HDL是一种硬件描述语言(HDL:Hardware Discription Lang...

发表于 2017-02-11 14:00 5773次阅读
初学者学习Verilog HDL的步骤和经验技巧

七点入手让你快速掌握FPGA开发

任何一个硬件工程师对FPGA都不会陌生,就好比C语言对于软件工程师来说是必修课程一样,只要是电子相关...

发表于 2017-02-11 13:40 237次阅读
七点入手让你快速掌握FPGA开发

我对VHDL的延时理解

VHDL中的delta延时大于零,但小于任何指定的延时(指定的延时包括after指定的惯性延时和tr...

发表于 2017-02-11 13:38 861次阅读
我对VHDL的延时理解

如何成长为合格的FPGA开发者

论坛中很多朋友是刚刚进入EDA设计领域的,自从进入这个论坛以来,很多朋友谈了自己的期望和困惑,下面我...

发表于 2017-02-11 13:04 239次阅读
如何成长为合格的FPGA开发者

FPGA学习的四大误区

FPGA为什么是可以编程的?恐怕很多菜鸟不知道,他们也不想知道。因为他们觉得这是无关紧要的。他们潜意...

发表于 2017-02-11 12:21 155次阅读
FPGA学习的四大误区

浅谈VHDL/Verilog的可综合性以及对初学...

最近在写代码的时候总是在思考,我写的这个能被综合吗?总是不放心,或是写完了综合的时候出问题,被搞的非...

发表于 2017-02-11 11:11 1360次阅读
浅谈VHDL/Verilog的可综合性以及对初学...

Xilinx可编程逻辑器件设计与开发(基础篇)连...

Spartan-6的时钟缓冲器/多路复用器(BUFG或BUFPLL)可以直接驱动时钟输入信号到时钟线...

发表于 2017-02-11 09:59 172次阅读
Xilinx可编程逻辑器件设计与开发(基础篇)连...

Xilinx可编程逻辑器件设计与开发(基础篇)连...

时钟布线资源具有高速、低SKEW的特点,它对系统设计非常重要,即使系统速率不高,也应该关注时钟设计,...

发表于 2017-02-11 09:57 121次阅读
Xilinx可编程逻辑器件设计与开发(基础篇)连...

Xilinx可编程逻辑器件设计与开发(基础篇)连...

Spartan-6的每个SLICE 有8个存储元件,可以实现存储功能。

发表于 2017-02-11 09:56 143次阅读
Xilinx可编程逻辑器件设计与开发(基础篇)连...

Xilinx可编程逻辑器件设计与开发(基础篇)连...

Spartan-6每个CLB模块里包含两个SLICE。CLB通过交换矩阵和外部通用逻辑阵列相连,如图...

发表于 2017-02-11 09:53 126次阅读
Xilinx可编程逻辑器件设计与开发(基础篇)连...

Xilinx可编程逻辑器件设计与开发(基础篇)连...

Vrtex-6 HXT器件内的GTH模块比GTX有更高的线速率,用它可以实现最高性能的高速串行收发器...

发表于 2017-02-11 09:27 213次阅读
Xilinx可编程逻辑器件设计与开发(基础篇)连...