第十章veriloghdl語言初步

1、P.1,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì),主講楊全勝東南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,課程簡介,P.2,課程設(shè)計(jì)的總目標(biāo),利用EDA與IP核開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)帶有MiniSys指令集的CPU核與若干接口部件核的SOC芯片，并為該SOC提供原始的BIOS、一個(gè)miniSys匯編器或Mini C編譯器以及一個(gè)帶全屏編輯的IDE。初步學(xué)會(huì)SOC的開發(fā)，了解一個(gè)工程項(xiàng)目的開發(fā)過程初步理解軟件、硬件協(xié)同設(shè)計(jì),P.3,本課程直接涵蓋的知識(shí)點(diǎn),,硬件類,軟

2、件類,CPU及整機(jī)設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)組成原理）,BIOS與接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì),模擬電路、數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì),嵌入式系統(tǒng),SOC芯片設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),外圍接口電路設(shè)計(jì),操作系統(tǒng),編譯系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),C++,JAVA,離散數(shù)學(xué),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì),電子商務(wù),多媒體技術(shù),…,算法設(shè)計(jì)、數(shù)值分析、信號(hào)與系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)理論課程、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程,匯編語言,軟件工程,C#,…,,,,P.4,,MiniSys CPU(單核/雙核/流水線/超標(biāo)量),,運(yùn)算

3、單元,控制單元,譯碼單元,4KBRAM,4KBROM,取指單元,中斷控制,總線仲裁,數(shù)碼管控制器,,4×4鍵盤控制器,,PWM控制器,,定時(shí)/計(jì)數(shù)器,,看門狗,,簡易UART,,MiniSysBus,,MiniSys BIOS,MiniSys 匯編器/ MiniC 編譯器/IDE,MiniSys 應(yīng)用程序,……,課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容,P.5,硬件設(shè)計(jì)部分,基本要求CPU設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一個(gè)可運(yùn)行指定的31條MIPS指令的RISC

4、型MiniSys 32位微處理器。 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)哈佛結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器，有獨(dú)立的4KB的指令存儲(chǔ)器和4KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。接口部件設(shè)計(jì)。2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4×4鍵盤控制器、4位7段數(shù)碼管控制器、簡單UART串行通信控制器、看門狗控制器的設(shè)計(jì)。,P.6,硬件設(shè)計(jì)部分,較高要求（必要時(shí)可以增加指令）中斷設(shè)計(jì)。2個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)擴(kuò)展中斷到>2個(gè)中斷源，增加可編程中斷控制器用不同的方法實(shí)現(xiàn)移位指令，并分析對(duì)主頻

5、和功耗上的影響增加乘法器、除法器等功能部件流水線CPU設(shè)計(jì)……,P.7,硬件設(shè)計(jì)部分,更高要求（必要時(shí)可以增加指令）超標(biāo)量CPU、指令多發(fā)射的設(shè)計(jì)考慮SIMD的處理部件的設(shè)計(jì)增加浮點(diǎn)流水線的設(shè)計(jì)考慮Cache設(shè)計(jì)問題指令預(yù)取與分支預(yù)測模塊的設(shè)計(jì)仔細(xì)分析IBM, SUN, Intel, AMD等公司的多核處理器結(jié)構(gòu)，初步設(shè)計(jì)一個(gè)雙核或多核CPU……,P.8,軟件設(shè)計(jì)部分,基本要求MiniSys32匯編器的設(shè)計(jì)帶有全

6、屏編輯器的集成開發(fā)環(huán)境硬件各部件測試程序的設(shè)計(jì)綜合測試程序的設(shè)計(jì)（簡單應(yīng)用程序）較高要求基本輸入輸出系統(tǒng)BIOS的設(shè)計(jì)Mini C編譯器探討如何利用系統(tǒng)軟件加強(qiáng)硬件功能……,P.9,軟件設(shè)計(jì)部分,更高要求探討如何在編譯器一級(jí)提高程序效率 初步探討程序如何充分利用雙核，軟硬件該作何配合 探討一下運(yùn)行于MiniSys的Runtime系統(tǒng)……,P.10,通過課程應(yīng)該得到的鍛煉,通過綜合實(shí)踐課程，提高自己動(dòng)手能力和綜合分析

7、問題能力通過解決實(shí)際問題，提高自己的調(diào)試系統(tǒng)的能力通過開放的課題，學(xué)會(huì)探索與研究，鍛煉自己的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力通過小組合作，學(xué)會(huì)與人溝通的能力通過設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告，鍛煉撰寫文檔的能力通過驗(yàn)收環(huán)節(jié)，鍛煉自己語言表達(dá)能力,通過課程應(yīng)該得到的鍛煉,P.11,通過綜合實(shí)踐課程，提高自己動(dòng)手能力和綜合分析問題能力通過解決實(shí)際問題，提高自己的調(diào)試系統(tǒng)的能力通過開放的課題，學(xué)會(huì)探索與研究，鍛煉自己的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力通過小組合作，學(xué)會(huì)與人

8、溝通的能力通過設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告，鍛煉撰寫文檔的能力通過驗(yàn)收環(huán)節(jié)，鍛煉自己語言表達(dá)能力,不拋棄，不放棄,課程的安排,課程設(shè)計(jì)安排答疑當(dāng)面答疑：每周三下午6-9節(jié)，計(jì)算機(jī)樓529（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)室）或524（辦公室）答疑網(wǎng)上答疑：工作日每晚22點(diǎn)-23點(diǎn)在QQ群答疑驗(yàn)收地點(diǎn)：計(jì)算機(jī)樓529，時(shí)間另定驗(yàn)收形式演示（下載或仿真）答辯設(shè)計(jì)報(bào)告,P.12,P.13,課程的實(shí)施方案,實(shí)驗(yàn)以4人為一組，一組交一份設(shè)計(jì)報(bào)告。請(qǐng)各組

9、指定一名組長，并在下次課將分組的成員名單報(bào)上來。請(qǐng)每位同學(xué)務(wù)必確認(rèn)自己在某一組中，并完成好組長分配的任務(wù)。短學(xué)期加長學(xué)期第8周前完成設(shè)計(jì)與與驗(yàn)收，驗(yàn)收包括交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、現(xiàn)場仿真或下載演示以及答辯。先做完的組可以先申請(qǐng)驗(yàn)收，屆時(shí)會(huì)通知各組到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)室（計(jì)算機(jī)樓北504）進(jìn)行驗(yàn)收。杜絕拷貝抄襲現(xiàn)象，驗(yàn)收時(shí)同組成員必須全部到場，各人負(fù)責(zé)自己所作部分的演示和答辯。組長還負(fù)責(zé)陳述本組設(shè)計(jì)的特色。,P.14,設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容,設(shè)計(jì)報(bào)告包含紙

10、質(zhì)版設(shè)計(jì)報(bào)告和電子文檔電子文檔中包括全部的源程序（ Verilog程序、BIOS程序、測試程序、應(yīng)用程序、匯編器與編譯器程序）、可執(zhí)行程序、圖和設(shè)計(jì)報(bào)告的電子版。設(shè)計(jì)報(bào)告文檔格式的電子版請(qǐng)到網(wǎng)站下載。紙質(zhì)的設(shè)計(jì)報(bào)告包括本組人員及各人負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)部分設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)描述、各部分實(shí)現(xiàn)方案和特點(diǎn)、系統(tǒng)功能描述、軟件使用方法、性能分析。相關(guān)部件的關(guān)鍵Verilog程序（不要全部，但需含注釋）或gdt圖提供舉例用vwf

11、文件進(jìn)行的仿真的驗(yàn)證圖若干幅。BIOS程序，含注釋與調(diào)用說明。課程設(shè)計(jì)總結(jié)（包括設(shè)計(jì)的總結(jié)和還需改進(jìn)的內(nèi)容與收獲）,P.15,課程資源,教材楊全勝、翟玉慶、王曉蔚、張志政、吳強(qiáng)編寫，“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”，清華大學(xué)出版社,2008參考書朱子玉，李亞民，CPU芯片邏輯設(shè)計(jì)技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2005李亞民，計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì)-Verilog HDL版，清華大學(xué)出版社，2011John Paul Shen，,Mikko H

12、.Lipasti，張承義等譯，現(xiàn)代處理器設(shè)計(jì)－超標(biāo)量處理器基礎(chǔ)，電子工業(yè)出版社，2004D. Sweetman, see MIPS run（MIPS體系結(jié)構(gòu)透視，影印版，第二版），機(jī)械工業(yè)出版社，2007 Alfred V．Aho，編譯原理(龍書)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007,P.16,課程資源,參考書Randal E.Bryant / David O'Hallaron, Computer System-APrograme

13、rPerspective（深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，中文版或英文版，第二版），機(jī)械工業(yè)出版社，2011 David A.Patterson/John L.Hennessy, Computer Organization and Design-The Hardware/Software Interface, Fourth Edition（計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)：硬件/軟件接口，英文版，第四版），機(jī)械工業(yè)出版社，2010 John L.Henness

14、y/David A.Patterson, Computer Architecture: A Quantitative Approach, Fourth Edition（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)－量化研究方法，英文版或中文版，第四版），機(jī)械工業(yè)出版社（英文版）電子工業(yè)出版社（中文版），2007 Kunle Olukotun，片上多處理器體系結(jié)構(gòu)－改善吞吐率和延遲的技術(shù) ，機(jī)械工業(yè)出版社,課程資源,課程網(wǎng)站http://www.njyangqs.

15、com/xtzhkcsj/Default.aspx教師網(wǎng)站www.njyangqs.comQQ討論群本屆學(xué)生的QQ討論群群號(hào)為91262141,P.17,P.18,歷屆優(yōu)秀設(shè)計(jì)與相關(guān)畢設(shè),2003年：完成單周期的設(shè)計(jì)，匯編器的設(shè)計(jì)2004年：完善單周期設(shè)計(jì)與匯編器設(shè)計(jì)2005年：流水CPU設(shè)計(jì)，學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),P.19,歷屆優(yōu)秀設(shè)計(jì)與相關(guān)畢設(shè),2006年：超標(biāo)量CPU與異步CPU設(shè)計(jì)2007年：BIOS的設(shè)計(jì)、Min

16、i C編譯器的設(shè)計(jì)2008年：浮點(diǎn)流水、SDRAM控制器、MiniSys IDE的設(shè)計(jì),計(jì)算斐波那契數(shù)列,,,P.20,歷屆優(yōu)秀設(shè)計(jì)與相關(guān)畢設(shè),2009年：分支預(yù)測、指令預(yù)取、Cache、雙核CPU的設(shè)計(jì)2009年：采用自己的Yacc和Lex來輔助實(shí)現(xiàn)編譯器,P.21,歷屆優(yōu)秀設(shè)計(jì)與相關(guān)畢設(shè),2010年：三核處理器、SMT技術(shù)、三層存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的SoC、彩色液晶驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)控制等的設(shè)計(jì),P.22,歷屆優(yōu)秀設(shè)計(jì)與相關(guān)畢設(shè),2011年：軟