基于FPGA的計算機組成原理開放實驗平臺的設計與實現.pdf

1、《計算機組成原理》是計算機學科的一門專業(yè)基礎課,在整個計算機專業(yè)課程體系中,起著承上啟下的作用,其實驗教學是對理論課程的深化和補充,對學生理論知識的理解和動手能力的培養(yǎng)具有十分重要的意義,國內外各高校都很重視計算機組成原理實驗課的教學。隨著EDA技術的發(fā)展,目前國內大多數高校實驗方式已由傳統(tǒng)的驗證式實驗向基于FPGA設計型實驗轉變,但缺乏一個集設計、測試與考核于一體的完整實驗系統(tǒng)。
　　 針對這一狀況,本文設計了一款基于FPGA

2、的計算機組成原理開放實驗平臺。該平臺基于PC機和ALTERADE2-70教學開發(fā)板,采用三層次結構,由嵌入式實驗控制器、實驗模塊和PC機實驗軟件組成。其中,嵌入式實驗控制器是基于NIOSⅡ的SOPC系統(tǒng),相對于傳統(tǒng)實驗箱的單片機控制更靈活,易于功能擴展和升級;實驗模塊是基于FPGA的開放式結構,面向設計性與綜合性的硬件實驗,設計者用硬件描述語言HDL設計實驗內容并下載到實驗模塊,可以是部件實驗也可以是整機實驗,還可以根據需要自定義實驗內

3、容;PC機實驗軟件采用圖形化界面完成實驗數據的輸入、實驗結果的顯示以及實驗過程的控制,可以動態(tài)的顯示實驗現象,方便、直觀完成實驗結果的測試和驗證。
　　 本文重點研究了實驗平臺的設計與實現,在此基礎上設計了部件實驗和16位微程序控制模型計算機并進行了驗證。實驗平臺設計內容包括硬件設計、軟件設計兩方面。硬件上主要完成SOPC系統(tǒng)搭建和NIOS系統(tǒng)設計,具體包含實驗模塊控制器設計、SOPC系統(tǒng)設計和USB控制芯片ISP1362的固件