經過了之前的學習

想必各位對verilog應該有了基本的基礎

那麼，接下來，我們就來造cpu吧！

我們將寫一個簡單的單週期cpu

• 該cpu有一下特點：
  • 32位架構
  • 單週期執行
  • 簡潔實用
  • 32位定長指令
  • 有手就行

我稱之為 “ant” 核心

就跟螞蟻一樣，“功能弱小”，但也什麼能幹

我也特地為該cpu編寫了個彙編器

包括使用python編寫的bin轉txt工具

連線如下：

click me

下載該專案

即可得到5個檔案

cpu.v: ant核心核心檔案

test.v : ant核心模擬檔案

ant-asm.exe: ant彙編器

binTotxt.py:將bin檔案轉換成verilog可讀取的儲存器填充檔案

demo.ant:ant彙編例程
 

下面是暫存器說明及指令集：

暫存器：
r0~r8 共16個32位暫存器，均可可讀可寫，
r0~r14 通用暫存器
r15 pc暫存器

指令集:(總共14條)
wh r0,num 寫r0暫存器的高16位  {8{指令},4{暫存器id},16{常數}，4{無意義}}
wl r0,num 寫r0暫存器的低16位  {8{指令},4{暫存器id},16{常數}，4{無意義}}

add r0,r1,r2 : r0 = r1 + r2 //整數加法 {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},4{r2暫存器id},12{無意義}}
sub r0,r1,r2 : r0 = r1 - r2 //整數減法 {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},4{r2暫存器id},12{無意義}}
or r0,r1,r2 : r0 = r1 | r2    {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},4{r2暫存器id},12{無意義}}
and r0,r1,r2 : r0 = r1 & r2   {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},4{r2暫存器id},12{無意義}}
not r0,r1 : r0 = ~r1          {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},16{無意義}}
sl r0,r1,r2 r0 = r1 << r2     {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},4{r2暫存器id},12{無意義}}
sr r0,r1,r2 : r0 = r1 >> r2   {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},4{r2暫存器id},12{無意義}}
mt r0,r1,r2 : r0 = r1 > r2 //比大小 返回0或1 {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},16{無意義}}
lt r0,r1,r2 : r0 = r1 < r2//同上 {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},16{無意義}}

rd r0,r1 : r1 = *r0//讀記憶體   {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},16{無意義}}
wd r0,r1 : *r0 = r1//寫記憶體   {8{指令}，4{r0暫存器id},4{r1暫存器id},16{無意義}}

if r0 :如果r0為非0，則跳過下一條指令
 

雖然指令只有短短14條，但也幾乎能夠完成所有事了

接下來我們來寫個簡單的1+2+3+...+100的程式

c程式碼如下：

int main() {
	int all = 0;
	int i = 1;
	int j = 101;
	int k = 0;

l1:
	k = i < j;
	if (!k)
		goto l2;
	else
		all = all + i;
	i = i + 1;
	goto l1;
l2:

	printf("%d", all);
}

c程式碼對應的彙編程式碼
彙編程式碼如下：

//0起始地址
wl r0,0 //恆為0
wh r0,0
wl r1,1 //恆為1
wh r1,0
//累加
wl r2,0
wh r2,0
//i
wl r3,1 
wh r3,0
//101
wl r4,101 
wh r4,0
//k
wl r5,0
wh r5,0
//地址16
wl r6,16
wh r6,0
//地址22
wl r7,22
wh r7,0
//地址16：
lt r5,r3,r4
if r5//如果r3小於r4
add r15,r7,r0
add r2, r2, r3
add r3,r3,r1
add r15,r6,r0
//地址22：
wd r0,r2

 

將該彙編程式碼儲存進"demo.ant"檔案中

輸入命令：

ant-asm demo.ant

即可得到

out.bin可執行檔案

再執行binTotxt.py指令碼（注意更改裡面的路徑）

得到out.list填充檔案

模擬test.v檔案，將out.list內容填充進rom

執行

模擬效果如下：

可以看到，正確的算出了5050這個值

說明程式碼和ant核心是沒有什麼問題的