如何使用logisim - 图文

2026/4/23 20:14:40

数据通路选择

上面的各运算单元是并行工作的,对于输入的两个操作数,几个运算单元都会计算结果,至于输出哪一个,要通过后面的数据选择器来控制了。选择器的选择开关接的是操作符,这样输出结果就是操作数对应的操作运算得到的的结果了。

第五步:制作一个PC指针寄存器 4,PC指针寄存器

关于PC指针的操作很多,有一般指令所需的PC+1操作(这里是+1操作,与课件中+4稍有不同,因为我们后面设计ROM的时候按16位数据线设计,每个地址存储的是16位数

据,那么PC+1就能读取完整的一条指令),另外还有绝对跳转需要的PC = (PC & 0xF000) | address,beq和bne指令所需的PC = PC + 1 + offset。

设计模块要求模块完成的功能尽量单一,模块的功能定义要清楚,上面跳转所需的address,判断所需的offset都是从指令中提取的,全部设计到PC寄存器模块中来,会使设计一下子变得复杂。在实现PC寄存器模块时,需要更多的外部信息,从而使顶层设计的修改会影响到子电路。所以PC寄存器就是由输入输出端口和一个寄存器组成,其余部分要放到控制逻辑和顶层设计中去。 5,总结

ALU暂时可以仅实现ADD,SUB,AND,OR以及移位,比较运算,将来再扩展更多功能。(对于各种运算单元有两种办法实现,其一是自己用基本的与或非门电路搭建,其二是直接使用QuartusII的MegaWizard库实现)。

PC寄存器的实现也很简单,基本在前面的基础上,完成一个ALU和一个PC寄存器不会遇到任何困难,我们这里关注的是模块的划分,模块功能的定义,高内聚,低耦合的设计不只是软件设计中提倡的,这也是硬件设计中推荐的。 原来很多道理是相通的

数据存储在RAM里,程序存储在ROM里,这是大家经常听到的,那么怎么设计一个存储数据的RAM和一个存储程序的ROM呢?这里我们就来亲手试验一下。

有一点要说明的QuartusII中提供的ROM和Logisim中提供的ROM模块有一点点不同,他们相差一根时钟线,虽然只有这一点不同,但却是很重要的一点,这就涉及到了一个组合逻辑实现的ROM与时序逻辑实现的ROM的区别。

这里给出了QuartusII中的两种实现方式,一种是用库中提供的模块,另一种是组合逻辑的实现方式,关于两者的不同究竟会产生怎样的影响,后面我们再详细讨论。 第六步:实现一个RAM

直接上图吧,基本操作的问题不多叙述了,有问题的话请查看前面的学习或者参考QuartusII的教程。

第七步:ROM的实现 用组合逻辑实现ROM的方法

用组合逻辑实现的ROM其本质是电路,如果感觉难以理解,你可以认为你的程序就是一堆门电路按某种顺序排列表示出来的,而不是存在真正意义的存储器当中,我们写程序的时候其实是搭建了一个电路。 这里给出一种实现方法

这是一个16个字的16位ROM,是用选择器实现的(前面说过了选择器是个有用的好东西), 由于只有16个存储单元,所以4位地址就能表示出来,ROM中的内容就是接到选择器data0x到data15x上的数据,每一次对ROM的编程写入,就是将综合的电路下载到FPGA实验板中。

2,用时序电路实现ROM

实际的ROM应该是可以在系统编程的,也就是说不改变电路结构,能够把程序写入ROM。 在QuartusII软件中库提供的ROM是时序电路实现的,我们时序电路实现的ROM跟RAM的形式是一样的,看图就知道了。

其实在QuartusII中ROM也是通过一个RAM实现的,引入的ROM中有这样的代码 ……

COMPONENT altsyncram GENERIC (

clock_enable_input_a : STRING; clock_enable_output_a : STRING; init_file : STRING; ……

widthad_a : NATURAL; width_a : NATURAL; width_byteena_a : NATURAL ); PORT (

clock0 : IN STD_LOGIC ;

address_a : IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0); q_a : OUT STD_LOGIC_VECTOR (15 DOWNTO 0) );

END COMPONENT; ……

这里altsyncram经过封装,也就是MegaWizard的配置,引出相应的引脚,就成了一个ROM模块交给我们,在我们设计中调用了(上面是一段VHDL语言的代码,关于VHDL语言就不在这里详细介绍了)。

最后需要注意的是这个ROM模块用到我们顶层设计的时候不能用CPU的时钟,而是单独为其提供一个刷新输出数据的高速时钟。在介绍完整个CPU后,我们会把这样做的原因连


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