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proteus-cpu's Introduction

This repository is 32-bit CPU(microprogram) in Proteus.

微程序流程图:https://www.processon.com/diagraming/5a4f89e3e4b01acda58c3d8b

只读流程图

微指令表:https://shimo.im/sheet/hZ38w8z0aB0NJl4N

任务分配

内容 状态 分配
ALU 已完成 CL封装
RAM/ROM 已完成 CL
I/O 已完成 LSY
REGISTER 已完成 LSY
PC 已完成 DY
PSW 已完成 DY
CLOCK     已完成 CL  
CONTROLLER 已完成 ALL

控制器

控制台

数据通路

proteus-CPU

计组大作业

软件版本:Proteus 8.4 SP0

总线:16位数据,16位地址

结构:待定

寄存器:四个通用寄存器,其中包括累加寄存器AC

指令集

序号 指令 功能 备注 二进制形式(16进制) 微程序首地址
1 STO (XXXX), R_i R_i -> 存储器 01 0@ $$ $$ 000001
2 LAD R_i, (XXXX) 存储器 -> R_i 02 0@ $$ $$ 001000
3 RRMOV R_i, R_j R_j -> R_i 03 @@ 000111
4 IRMOV R_i, XXXX XXXX -> R_i 04 0@ $$ $$ 001000
5 ADD R_i, R_j R_i + R_j -> R_i 05 @@ 110000
6 SUB R_i, R_j R_i - R_i -> R_i 06 @@ 110100
7 AND R_i, R_j R_i & R_j -> R_i 07 @@ 111000
8 XOR R_i, R_j R_i ^ R_j -> R_i 08 @@ 111100
9 CLA AC <- 0000H 09 00 001111
10 JMP FLAG PC <- PC+offset 64KB 0A 00 $$ $$ 001010
11 JL FLAG if R_i < R_j, PC <- PC+offset 64KB 0B 00 $$ $$ 100010
12 IRET 中断返回 恢复现场 0C 00 011001
13 PUSH R_i SP <- SP-1, (SP) <- R_i 写一个机器字 0D 0@ 010000
14 POP R_i R_i <- (SP), SP <- SP+1 0E 0@ 010101

@:寄存器指示符(0<=@<=3)

$:立即数

工作流

先一起设计好每个元件的接口,

分开做每个元件,放在单独的文件夹里并测试,总目录/component

测试无误后编译并生成元件,放在/build下

最后一起合并

元件

ALU

输入

ALU_BUS 低有效,ALU运算结果到BUS的出口开关

ALU_M, ALU_CN, ALU_S0, ALU_S1... 运算控制

ZREG1_EN,ZREG2_EN 高有效,暂存器1,2的使能端

16位数据到ZREG1,ZREG2

输出

16位运算结果到BUS

存储器

输入

MEM_CE 高有效 存储器的片选信号

MEM_WE CE有效情况下,1为写,0为读

AR_LD 同步 AR置数信号

总线输入 16位地址

CLK 全局时钟信号

输出

16位数据到BUS

CLOCK

将原始的clk信号分为T1, T2信号交替产生

输入

RESET 置0后输入一个CLK信号, 再将其置1即可

输出

交替的T1, T2信号

寄存器组

四个16位寄存器 AC R1, R2, R3

自带四选一

输入:

REG_BUS_IN[0..15] 接总线

REG_CLK 时钟信号 上升沿

REG_IN_EN 选择信号在输入有效

REG_OUT_EN 选择信号在输出有效

REG_AC_CLR 累加器AC清零

输出:

REG_BUS_OUT[0..15] 输出到总线

I/O

逻辑门输入,七段显示输出(七段显示接通用寄存器)

输入寄存器RI,长期有效

输入

INPUT_EN 输入寄存器到总线的使能端,高有效

输出

INPUT_BUS[0..15] 输入的数据,接总线

PC

端口

DBUS[0..15]:数据总线,输入端

PC[0..15]:数据总线,输出端

CLR:同步清零,高有效

W/R:读/写使能,1为写有效,0为读有效

PCINC:PC值+1,高有效

LPC:同步置数,高有效

CLK:时钟信号,上升沿

优先级

CLK > CLR > W/R > PCINC, LPC (全部为同步操作)

PCINC与LPC不可同时为1

W/R为写有效时,DBUS做输入;读有效时,DBUS做输出

PSW

端口

CLR:同步清零,高有效

EN:使能信号,高有效

IC:溢出(进位)信号,高有效

CLK:时钟脉冲,上升沿

优先级

CLK > CLR > EN > IC

控制器流程

T1把当前微程序存到微程序寄存器里,T2把微程序寄存器后六位,也就是下一个微程序地址存到一排寄存器里,同时这个步骤可以用p字段进行跳转

启动流程

连接时钟信号, 将RESET先置0后置1即可, 可通过各个数码管观察到数据变化状态、流程状态

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