基于vivado的MIPS多周期处理器实现

吴瑞哲

基于vivado的MIPS多周期处理器实现

可以用微程序方式实现控制器。其基本思想为：

仿照程序设计的方法，将每条指令的执行过程用一个微程序表示，每个微程序由若干条微指令组成，每条微指令相当于有限状态机中的一个状态。有限状态机用于描述指令执行过程，由当前状态和操作码确定下一状态，每来一个时钟发生一次状态改变，不同状态输出不同的控制信号值，然后送到数据通路来控制指令的执行。

附件为控制译码逻辑的状态机转换图

吴瑞哲

从本周开始，公司基于实际工作需要，给我安排新的任务，参与一款DSP（特殊原因，该芯片代号XDSP）芯片的设计，我的任务是参与XDSP芯片的外设部件定时器（TIMER）的设计，本周任务：
1、研读XDSP 的TIMER部件的相关资料
2、参与XDSP结构的学习与讨论
TIMER部件是所有数字信号处理器DSP芯片的必需部件，XDSP的TIMER部件有两个定时器：TIMER0和TIMER1。

吴瑞哲

在参与XDSP芯片结构讨论与论证基础上，定义了XDSP芯片的定时器的功能：
1、TIMER0和TIMER1均为32bit
2、定时事件
3、计数功能
4、产生脉冲
5、中断CPU
6、向DMA部件发送同步事件

吴瑞哲

2024年11月15日实习情况汇报
本周任务确定本定时器部件在XDSP芯片的结构及连接关系。
如图：

其中：1、TINP0是TIMER0部件的外部输入信号，可以配置成上升沿或下降沿作用
2、TOUTP0是TIMER0部件的输出端口信号，可以配置成脉冲或时钟形式的输出
3、TINP1是TIMER1部件的外部输入信号，可以配置成上升沿或下降沿作用
4、TOUTP1是TIMER1部件的输出端口信号，可以配置成脉冲或时钟形式的输出
TIMER部件与其它部件的接口信号主要由三部分构成：
1、系统控制信号：Clk：系统时钟，Reset:系统复位
2、与外设互连系统部件的接口信号：数据信号Data[31:0],地址及译码信号[31:0]；总线控制信号：读Timer0部件使能信号RdTimer0,读Timer0数据准备信号Timer0RdDataReady；写Timer0部件使能信号WrtTimer0,读Timer1部件使能信号RdTimer1,读Timer1数据准备信号Timer1RdDataReady；写Timer1部件使能信号WrtTimer1
3、与中断部件连接信号：Timer0中断输出信号Timer0INT；Timer1中断输出信号Timer1INT

吴瑞哲

2024年11月22日实习情况汇报
本周在研究定时器部件的功能需求基础上，设计划分Timer部件的功能组成，Timer的主要组成可以分为这样几个部分：
1、外部输入同步与边沿检测模块
2、内部事件及时钟配置模块
3、Timer控制与启动寄存器TimerCtrlReg[31:0]模块
4、Timer周期寄存器TimerPrdReg[31:0]模块
5、Timer计数寄存器TimerCnt[31:0]模块
6、Timer输出脉冲生成模块

如图所示：


同时开始主要对于定时器各个模块功能细化与代码设计。
1、外部输入同步与边沿检测模块
由于外部信号TPIN来自于不同的时钟域，首先要与XDSP内部时钟域进行同步化处理，然后进行边沿检测，用于触发定时器计数器计数。如图：
其中，外部输入信号同步化处理采用二级寄存器同步。
如图：


2、内部计数时钟配置模块
根据控制配置寄存器的设置选择设计计数器的内部计数时钟，用于触发定时器计数器计数。
根据应用需求，采用系统时钟的4分频计数。如图：

吴瑞哲

本周开始继续对于定时器各个模块功能细化与代码设计。
1、定时器控制与启动寄存器模块
主要由一个32位寄存器TimerCtrlReg[31:0]及其控制电路构成。
TimerCtrlReg[31:0]功能包括：
决定定时器的操作模式
监控定时器的状态
控制TOUTP的输出功能
TimerCtrlReg[31:0]各个位域的定义如下图所示：

其中：HLD与GO两位组合来定义定时器的启停操作模式：
GO        HLD        操作模式        功能描述
0        0        定时器挂起        计数器不计数
0        1        定时器从挂起时开始计数        计数器从计数器暂停（挂起）时的值开始计数
1        0        保留        无定义
1        1        启动定时器        计数器寄存器复位，从0开始计数，并且GO位自动复位
TSTAT位：定时器输出状态位
INVINP位：TINP输入极性控制位，仅但外部输入使能时起作用
CLKSRC位：确定定时器的计数时钟源，0：外部TINP输入；1：内部4分频时钟
CP位：定义定时器输出TSTAT的波形状态，0：脉冲输出；1：时钟输出
PWID位：CP为0时有效，用于定义输出脉冲的宽度，0：1个时钟周期宽度；1：2个时钟周期宽度
DATIN:输入数据位，连接TINP
DATOUT:输出数据位，连接TOUTP
INVOUT：输出TOUTP极性控制位，0：TSTAT直接输出到TOUTP；1：TSTAT取反输出到TOUTP
FUNC位：TOUTP的功能控制位，0：GPIO作为通用IO输出；1：作为定时器功能输出