杭电计组实验3-多功能ALU设计实验

杭州电子科技大学计算机学院实验报告实验项目：课程名称：计算机组成原理与系统结构课程设计姓名：学号：同组姓名：学号：实验位置（机号）：实验日期：指导教师：实验内容（算法、程序、步骤和方法）一、实验目的（1）学习多功能ALU的工作原理，掌握运算器的设计方法。（2）掌握运用VerilogHDL进行数据流描述与建模的技巧和方法，掌握运算器的设计方法。二、实验仪器ISE工具软件三、步骤、方法（1）启动XilinxISE软件，选择File-NewProject,输入工程名shiyan2，默认选择后，点击Next按钮，确认工程信息后点击Finish按钮，创建一个完整的工程。（2）在工程管理区的任意位置右击，选择NewSource命令。弹出NewSourceWizard对话框，选择VerilogModule,并输入Verilog文件名shiyan3，点击Next按钮进入下一步，点击Finish完成创建。（3）编辑程序源代码，然后编译，综合；选择Synthesize--XST项中的CheckSyntax右击选择Run命令，并查看RTL视图；如果编译出错，则需要修改程序代码，直至正确。（4）在工程管理区将View类型设置成Simulation，在任意位置右击，选择NewSource命令，选择VerilogTestFixture选项,输入实验名shiyan3_test。点击Next，点击Finish，完成。编写激励代码，观察仿真波形，如果验证逻辑有误，则修改代码，重新编译，仿真，直至正确。（5）由于实验三并未链接实验板，所以后面的链接实验板的步骤此处没有。操作过程及结果一，操作过程实验过程和描述：moduleshiyan3(ALU_OP,AB_SW,OF,ZF,F);reg[31:0]A,B;input[2:0]ALU_OP;input[2:0]AB_SW;wireOF;regZF;reg[31:0]F;outputOF;outputZF;outputF;regC32;always@(*)begincase(AB_SW)3'b000:beginA=32'h0000_0000;B=32'h0000_0000;end3'b001:beginA=32'h0000_0003;B=32'h0000_0607;end3'b010:beginA=32'h8000_0000;B=32'h8000_0000;end3'b011:beginA=32'h7FFF_FFFF;B=32'h7FFF_FFFF;end3'b100:beginA=32'hFFFF_FFFF;B=32'hFFFF_FFFF;end3'b101:beginA=32'h8000_0000;B=32'hFFFF_FFFF;end3'b110:beginA=32'hFFFF_FFFF;B=32'h8000_0000;end3'b111:beginA=32'h1234_5678;B=32'h3333_2222;enddefault:beginA=32'h9ABC_DEF0;B=32'h1111_2222;endendcaseendalways@(*)begincase(ALU_OP)3'b000:F=A&B;3'b001:F=A|B;3'b010:F=A^B;3'b011:F=A~^B;3'b100:{C32,F}=A+B;3'b101:{C32,F}=A-B;3'b110:beginif(AB)F=32'h0000_0001;elseF=32'h0000_0000;end3'b111:beginF=BA;enddefault:F=32'h0000_0000;endcaseendalways@(*)beginif(F===32'h0000_0000)ZF=1;elseZF=0;endassignOF=C32^F[31]^A[31]^B[31];endmodule仿真代码moduleshiyan3_test;//Inputsreg[2:0]ALU_OP;reg[2:0]AB_SW;//OutputswireOF;wireZF;wire[31:0]F;//InstantiatetheUnitUnderTest(UUT)shiyan3uut(.ALU_OP(ALU_OP),.AB_SW(AB_SW),.OF(OF),.ZF(ZF),.F(F));initialbegin//InitializeInputsALU_OP=0;AB_SW=0;//Wait100nsforglobalresettofinish#100;//Addstimulushere#100;ALU_OP=001;AB_SW=001;#100;ALU_OP=010;AB_SW=010;#100;ALU_OP=011;AB_SW=011;#100;ALU_OP=100;AB_SW=100;#100;ALU_OP=101;AB_SW=101;#100;ALU_OP=110;AB_SW=110;#100;ALU_OP=111;AB_SW=111;endendmoduleRTL图二、结果思考题：(2)经过分析，该ALU不能实现MIPS核心指令集的所有指令。它还需要：带进位的加法运算、带进位的减法运算、位清除指令、负数比较、位测试指令、比较指令、相等测试指令等。(3)通过本实验，无法得出：slt操作中的“AB”是对有符号数的比较还是无符号数的比较，这个结论。若A=32’b0,B=32’bFFFF_FFFF,则所得到的答案是F=0000_0001.这个问题应该再设置一个变量SIGctr信号，控制ALU是执行“带符号整数比较小于置于1”还是“无符号数比较小于置1”功能，当SIGctr=0，则执行“无符号数比较小于置1”，当SIGctr=1，则执行“带符号整数比较小于置1”。(6)在做这个实验的时候，我遇到的问题是，F的输出是决定着ZF的输出，当F全零时，ZF输出1,；否则ZF输出0。解决方法：运用if.........else.............。根据F的假设值，对ZF进行赋值运算。以及八种运算的表示方法不太熟悉进行了查阅实验指导书。在这个多功能ALU设计实验中，这个实验做的时候忘记了不需要连实验板，老师验收的时候说不需要连接实验板，所以临时修改了代码，取消了LED的设置。后来不知道怎么回事，怎么看都没有错误，但是就是运行出错。于是就剪切了代码，重新生成了文件，粘贴后再次运行时结果出其医疗的成功了。总结一下估计是之前哪里的东西被我删掉了才导致了错误。又再次设置了ZF与F以及OF的输出。最后验证了仿真波形，实验成功。通过做这个多功能ALU设计实验，我对数据流的描述方式有了一个全新的理解。也对ISE这个软件的运用更加熟练了，对多功能ALU这个概念也有了更深层次的理解，增长了我的知识，强化了我的实践能力以及思考能力。这次实验收获很大。指导教师评议实验步骤写的时候，最好自己按照所做步骤写，二人不要一模一样。成绩：指导教师签名：