杭电计组实验3多功能ALU设计实验.doc

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Verilog HDL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Xilinx ISE软件，选择File-New Project,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New Source命令。弹出New Source Wizard对话框，选择Verilog Module,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Check Syntax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New Source命令，选择Verilog Test Fixture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：module shiyan3(ALU_OP,AB_SW,OF,ZF,F);reg 31:0A,B;input 2:0ALU_OP;input 2:0AB_SW; wire OF; reg ZF;reg 31:0F;output OF;output ZF;output F;reg C32;always(*)begincase(AB_SW)3b000: begin A=32h0000_0000; B=32h0000_0000; end3b001: begin A=32h0000_0003; B=32h0000_0607; end3b010: begin A=32h8000_0000; B=32h8000_0000; end3b011: begin A=32h7FFF_FFFF; B=32h7FFF_FFFF; end3b100: begin A=32hFFFF_FFFF; B=32hFFFF_FFFF; end3b101: begin A=32h8000_0000; B=32hFFFF_FFFF; end3b110: begin A=32hFFFF_FFFF; B=32h8000_0000; end3b111: begin A=32h1234_5678; B=32h3333_2222; enddefault: begin A=32h9ABC_DEF0; B=32h1111_2222; endendcaseendalways(*)begincase(ALU_OP)3b000:F=A&B;3b001:F=A|B;3b010:F=AB;3b011:F=AB;3b100:C32,F=A+B;3b101:C32,F=A-B;3b110:begin if(AB) F=32h0000_0001; else F=32h0000_0000; end3b111:begin F=BA; enddefault: F=32h0000_0000;endcaseendalways(*)beginif(F=32h0000_0000)ZF=1;elseZF=0;endassign OF=C32F31A31B31;endmodule仿真代码module shiyan3_test;/ Inputsreg 2:0 ALU_OP;reg 2:0 AB_SW;/ Outputswire OF;wire ZF;wire 31:0 F;/ Instantiate the Unit Under Test (UUT)shiyan3 uut (.ALU_OP(ALU_OP), .AB_SW(AB_SW), .OF(OF), .ZF(ZF), .F(F);initial begin/ Initialize InputsALU_OP = 0;AB_SW = 0;/ Wait 100 ns for global reset to finish#100; / Add stimulus here#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;end endmoduleRTL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=32b0,B=32bFFFF_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：