基于FPGA的MIPS-CPU的設(shè)計(jì)的中期報(bào)告

基于FPGA的MIPS_CPU的設(shè)計(jì)的中期報(bào)告中期報(bào)告I.項(xiàng)目背景MIPS指令集在現(xiàn)代處理器的設(shè)計(jì)中仍然大量使用，并且MIPS指令集也是計(jì)算機(jī)科學(xué)課程中常見的教學(xué)內(nèi)容。本項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的MIPS_CPU，可以方便地用于教學(xué)目的，并且可以用作實(shí)際應(yīng)用。II.項(xiàng)目目標(biāo)1.設(shè)計(jì)一個(gè)可運(yùn)行MIPS指令集的CPU；2.實(shí)現(xiàn)大多數(shù)MIPS指令，包括算術(shù)、邏輯和存儲(chǔ)指令；3.實(shí)現(xiàn)一些常用的系統(tǒng)調(diào)用，如輸入/輸出和退出；4.添加一些額外的功能，如異常和中斷處理；5.為CPU設(shè)計(jì)一個(gè)簡單單周期和復(fù)雜流水線，比較它們的性能；6.將這個(gè)CPU集成到一個(gè)FPGA開發(fā)板上。III.設(shè)計(jì)思路1.MIPS指令的實(shí)現(xiàn)：我們將MIPS指令分成五類（R、I、J、S和B），并對(duì)它們進(jìn)行分類實(shí)現(xiàn)。我們使用Verilog編寫代碼并使用Verilator進(jìn)行驗(yàn)證。2.編寫測(cè)試程序：為了驗(yàn)證CPU可以正確地執(zhí)行MIPS指令，我們將編寫一些測(cè)試程序并使用模擬器運(yùn)行它們。3.系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)：我們將為CPU編寫一些簡單的系統(tǒng)調(diào)用程序。這些程序?qū)⑿枰c操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，以實(shí)現(xiàn)輸入/輸出和退出功能。4.異常和中斷處理：我們將為CPU添加一些異常和中斷處理功能，以使其更具彈性和魯棒性。5.單周期和流水線CPU的設(shè)計(jì)：我們將分別設(shè)計(jì)單周期和復(fù)雜的流水線版本。然后，我們將實(shí)現(xiàn)一些基準(zhǔn)測(cè)試程序，并比較兩種設(shè)計(jì)的性能。6.集成到FPGA開發(fā)板上：我們將把CPU集成到一個(gè)FPGA開發(fā)板上，以實(shí)現(xiàn)真正的硬件實(shí)現(xiàn)。IV.預(yù)期成果完成這個(gè)項(xiàng)目后，我們將獲得一個(gè)FPGA開發(fā)板上的MIPS_CPU。它將具有以下功能：1.能夠執(zhí)行MIPS指令；2.能夠識(shí)別系統(tǒng)調(diào)用，包括輸入/輸出和退出；3.能夠處理異常和中斷；4.可以通過編寫程序來測(cè)試CPU的性能；V.計(jì)劃進(jìn)度1.MIPS指令的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：預(yù)計(jì)在9月15日前完成；2.編寫測(cè)試程序并進(jìn)行驗(yàn)證：預(yù)計(jì)在9月22日前完成；3.系統(tǒng)調(diào)用的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：預(yù)計(jì)在10月6日前完成；4.異常和中斷處理的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：預(yù)計(jì)在10月20日前完成；5.單周期和流水線CPU的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：預(yù)計(jì)在11月10日前完成；6.集成到FPGA開發(fā)板上并測(cè)試：預(yù)計(jì)在12月1日前完成。VI.風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)1.難度：實(shí)現(xiàn)一個(gè)MIPS_CPU需要深入掌握計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)和數(shù)字邏輯電路；2.時(shí)間：我們的計(jì)劃涉及到多個(gè)組件和多個(gè)階段，完成任務(wù)的時(shí)間是不確定的；3.FPGA資源有限：FPGA設(shè)備的資源有限，如果沒有正確規(guī)劃和配置，可能會(huì)導(dǎo)致資源不足的問題。VII.商業(yè)價(jià)值這個(gè)項(xiàng)目的商業(yè)價(jià)值在于它可以用于教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用。作為教學(xué)工具