用multisim軟件設計4位微處理器

1、電子高等教育學會2008年學術(shù)年會論文集一引言用Multisim軟件設計4位微處理器劉榮聶典何敏石會(解放軍理工大學南京210007)FPGA密度大、功耗低、速度快，通過軟件編程可對其內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)進行重構(gòu)，從而實現(xiàn)用戶指定的邏輯功能。vHDL是～種國際標準的硬件電路描述語言，在大規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)設計中發(fā)揮著越來越重要的作用。使用FPGA和VHDL語言進行數(shù)字系統(tǒng)設計，可隨時改變器件內(nèi)部的邏輯功能和引腳的定義，可自動的進行邏輯綜合與仿真，自

2、動對目標器件進行下載編程，使復雜的硬件設計變得如同軟件設計一樣簡單。本文將用計算機仿真軟件h恤ltisim10設計一基于FPGA的4位微處理器系統(tǒng)，從底層設計到頂層設計，完整介紹數(shù)字系統(tǒng)設計的全過程。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)展推動了計算機的發(fā)展，可以說CPU是計算機的靈魂。本文所設計的4位微處理是基于硬件描述語言，該微處理器的硬件系統(tǒng)包括運算器、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會2008年學術(shù)年會論文集將編寫調(diào)試完成的各個模塊在MultisimlO中生成元件以供調(diào)用。生成的各獨立元件如圖3：圖3生成的獨立元件四、仿真結(jié)果輸出，測試及驗證我們知道CPU只識別機器語言，而我們編寫的程序為匯編語言或其他高級語言，這些語言通過編譯器轉(zhuǎn)換為機器語言，下載到CPU的RoM中，使cPU能“讀懂”我們的指