用multisim軟件設(shè)計(jì)4位微處理器

1、電子高等教育學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集一引言用Multisim軟件設(shè)計(jì)4位微處理器劉榮聶典何敏石會(huì)(解放軍理工大學(xué)南京210007)FPGA密度大、功耗低、速度快，通過(guò)軟件編程可對(duì)其內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)用戶指定的邏輯功能。vHDL是～種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的硬件電路描述語(yǔ)言，在大規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。使用FPGA和VHDL語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可隨時(shí)改變器件內(nèi)部的邏輯功能和引腳的定義，可自動(dòng)的進(jìn)行邏輯綜合與仿真，自

2、動(dòng)對(duì)目標(biāo)器件進(jìn)行下載編程，使復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì)變得如同軟件設(shè)計(jì)一樣簡(jiǎn)單。本文將用計(jì)算機(jī)仿真軟件h恤ltisim10設(shè)計(jì)一基于FPGA的4位微處理器系統(tǒng)，從底層設(shè)計(jì)到頂層設(shè)計(jì)，完整介紹數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程。二四位CPU組成原理CPU從最初的4位、16位、32位到現(xiàn)在流行的64位微處理器，正是CPU的發(fā)展推動(dòng)了計(jì)算機(jī)的發(fā)展，可以說(shuō)CPU是計(jì)算機(jī)的靈魂。本文所設(shè)計(jì)的4位微處理是基于硬件描述語(yǔ)言，該微處理器的硬件系統(tǒng)包括運(yùn)算器、控制器和寄存器(包括

3、指令寄存器和通用寄存器)以及其它必要的邏輯部件，如程序計(jì)數(shù)器和譯碼器等。CPU的指令系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、輸入輸出指令和CPu控制指令等。圖1給出了4位微處理器的結(jié)構(gòu)框圖。，￡3o】lIUUz∞o】，∞^Cao】一^rqⅢ∞∞一!￡蘭寶!，●■●一J陽(yáng)laszC●●】●Mo●Ⅳo翻口百—口L抽t—r—辟L‘H，，一R●3一∞∞■^■3柚■D0工Io】蘭蘭墨b一^D∞qDz【53】。n呱^S0。0一。r—■“一c一弋＼√／’

4、tl。。：_L0。，r7占’’∞一ol廳—■l戌z【eB】YYr■l‘t—CtL一上L圖l4位微處理結(jié)構(gòu)框圖電子高等教育學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集將編寫調(diào)試完成的各個(gè)模塊在MultisimlO中生成元件以供調(diào)用。生成的各獨(dú)立元件如圖3：圖3生成的獨(dú)立元件四、仿真結(jié)果輸出，測(cè)試及驗(yàn)證我們知道CPU只識(shí)別機(jī)器語(yǔ)言，而我們編寫的程序?yàn)閰R編語(yǔ)言或其他高級(jí)語(yǔ)言，這些語(yǔ)言通過(guò)編譯器轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言，下載到CPU的RoM中，使cPU能“讀懂”我們的指