处理器CPU设计Verilog代码vivado仿真

名称：处理器CPU设计Verilog代码vivado仿真

软件：vivado

语言：Verilog

代码功能：

处理器CPU设计

设计一个简单的处理器，可以实现加减法以及简单的逻辑运算。

设计包括程序计数器电路，指令存储器电路，指令译码器电路(控制器)，运算电路，数据存储器(寄存器)电路。

FPGA代码Verilog/VHDL代码资源下载：www.hdlcode.com

演示视频：

设计文档：

1. Cpu

工程文件

程序文件

程序编译

RTL图

Testbench

仿真图

指令格式：

-----------------------

opcode | rs | rt | rd |

-----------------------

15-12   11-8  7-4  3-0

支持8个指令：ADD,SUB,INC ,DEC,AND,OR,NOT,XOR

操作方式如下：

ADD R1,R2,R3

=> R3 = R1 + R2;

SUB与ADD一致

INC:

INC R1,0,R1

=> R1 = R1 +1;

DEC,R1,0,R1

=> R1 = R1 -1;

测试指令如下：

2101  # INC R1   结果：R1 =1

2101  # INC R1   结果：R1 =2

2101  # INC R1   结果：R1 =3

2202  # INC R2   结果：R2 =1

2202  # INC R2   结果：R2 =2

0123  # ADD R1,R2,R3   结果：R3 =3 + 2 = 5

1124  # SUB R1,R2,R4   结果：R4 =3 -2 =1

3303  # DEC R3         结果：R3 =5 -1 = 4

4123  # AND R1,R2,R3   结果：R3 =00000011 & 00000010 = 0010

5123  # OR  R1,R2,R3   结果：R3 =00000011 | 00000010 = 0011

6103  # NOT R1,,R3     结果：R3 =~00000011 = 11111100

7123  # XOR R1,R2,R3   结果：R3 =00000011 ^ 00000010 = 00000001

部分代码展示:

`timescale 1ns / 1ps
//CPU顶层模块：设计包括程序计数器电路，指令存储器电路，指令译码器电路，运算电路，数据存储器电路
module cpu(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
 output [15:0] PC,
 output [15:0] inst,
 output [3:0] Addr1,
 output [3:0] Addr2,
 output [3:0] Addr3,
 output [15:0] Read_data1,
 output [15:0] Read_data2, 
 output [15:0] aluRes 
    );
//wire [15:0] inst;
//wire [15:0] PC;
wire [3:0] Opcode;
wire [2:0] aluOp;
wire [15:0] imm;
wire [15:0] Write_data;
wire [15:0] input1,input2;
wire writereg;
assign Opcode = inst[15:12];  //操作码为指令的高四位
assign Addr1 = inst[11:8];   
assign Addr2 = inst[ 7:4];   
assign Addr3 = inst[ 3:0];   
assign Write_data = aluRes;  
assign input1 = Read_data1;
assign input2 = Read_data2;
//指令存储器例化    
im u_im(
    .Addr(PC),
    .inst(inst)
);  
//指令译码器例化
ctr u_ctr(
    .Opcode(Opcode),
    .aluOp(aluOp),
    .writereg(writereg)
);
//数据存储器例化
rf u_rf(
    .clk(clk),
    .rst_n(rst_n),
    .Addr1(Addr1),
    .Addr2(Addr2),
    .Addr3(Addr3),
    .Write_data(Write_data),
    .writereg(writereg),
    .Read_data1(Read_data1),
    .Read_data2(Read_data2)
);
//程序计数器电路例化  
pc u_pc(
    .clk(clk),
    .rst_n(rst_n),
    .current_pc(PC)
);  
//运算电路例化
alu u_alu(
    .aluOp(aluOp),
    .input1(input1),
    .input2(input2), 
    .aluRes(aluRes),
    .Zero(Zero)
);
  
endmodule

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