控制信号发生器
1.功能
控制信号发生器的功能为根据特定的指令，发出对应的控制信号，使各组件配合完成指令的执行。
2.控制信号
控制信号如下表：
3.端口设计
共20个输入端口，除16个指令信号外，还有z，c两个状态信号(通过状态寄存器传入)，ir为指令编码(这里仍然需要指令编码是因为ALU的sel控制信号是指令编码前4位)，sm信号的作用是控制指令执行的时间。
共19个输出端口，18个控制信号如上表，多出的一个sm_en信号是执行HALT指令所需要的。sm控制指令执行的周期，sm=1时执行指令，sm=0时读取指令，当sm_en=1时，sm在0和1之间翻转，重复读取指令执行指令的过程。HALT指令执行后，不再执行之后的指令，因此需要使sm_en=0，让sm不再翻转，保持为1，即一直执行HALT指令。
4.各指令与对应的控制信号情况
只需要关注控制信号在哪些指令有效即可，无效不需要关注，使用always语句赋值，考虑信号为1的情况。
寄存器组共有三个寄存器，分别为A,B,C。
MOVA
MOVA指令的功能为将源寄存器的数据移送至目的寄存器，关注通用寄存器组，ALU和移位逻辑构成的通路。
通用寄存器组：需要写入数据，we=0(低电平有效)
ALU：不需要运算，m，cf_en，zf_en都无效为0
移位逻辑：不需要移位，flbus，frbus无效为0，数据直接通过，fbus=1
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：不需要读写，DL，XL都无效为0
指令计数器无操作，选择器值不影响指令执行
MOVB
MOVB指令的功能为将源寄存器的数据移送至RAM，数据在RAM中的地址为寄存器C中的数据。
通用寄存器组：不需要写入数据，we无效为1(低电平有效)
ALU：不需要运算，m，cf_en，zf_en都无效为0
移位逻辑：不需要移位，flbus，frbus无效为0，数据直接通过，fbus=1
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：需要写，DL无效为0，XL=1
指令计数器无操作
选择器要接收寄存器C的数据作为一个存储器地址，从总线上取得的寄存器数据要存放在这个地址，因此MADD=10，接收D口传输的数据
MOVC
MOVC指令的功能为将RAM的数据移送至目的寄存器，数据在RAM中的地址为寄存器C中的数据。
通用寄存器组：需要写入数据，we=0(低电平有效)
ALU：不需要运算，m，cf_en，zf_en都无效为0
移位逻辑：不需要移位，也不需要且不能有数据通过(总线上只能有RAM传输的数据，不能冲突)，flbus，frbus，fbus无效为0
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：需要读，XL无效为0，DL=1
指令计数器无操作
选择器要接收寄存器C的数据作为一个存储器地址，要读出RAM这个地址的数据传给寄存器，因此MADD=01，接收S口传输的数据
ADD
通用寄存器组：需要写入数据，we=0(低电平有效)
ALU：运算，m=1，cf_en=1，zf_en=1
移位逻辑：不需要移位，flbus，frbus，无效为0，fbus=1
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：不需要读写，XL，DL无效为0
指令计数器无操作，选择器值不影响指令执行
SUB
通用寄存器组：需要写入数据，we=0(低电平有效)
ALU：运算，m=1，cf_en=1，zf_en=1
移位逻辑：不需要移位，flbus，frbus，无效为0，fbus=1
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：不需要读写，XL，DL无效为0
指令计数器无操作，选择器值不影响指令执行
AND
通用寄存器组：需要写入数据，we=0(低电平有效)
ALU：运算，m=1，cf_en无效为0，zf_en无效为0
移位逻辑：不需要移位，flbus，frbus，无效为0，fbus=1
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：不需要读写，XL，DL无效为0
指令计数器无操作，选择器值不影响指令执行
NOT
通用寄存器组：需要写入数据，we=0(低电平有效)
ALU：运算，m=1，cf_en无效为0，zf_en无效为0
移位逻辑：不需要移位，flbus，frbus，无效为0，fbus=1
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：不需要读写，XL，DL无效为0
指令计数器无操作，选择器值不影响指令执行
RSR
通用寄存器组：需要写入数据，we=0(低电平有效)
ALU：运算，m=1，cf_en=1，zf_en无效为0
移位逻辑：需要移位，frbus=1，fbus，flbus无效为0
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：不需要读写，XL，DL无效为0
指令计数器无操作，选择器值不影响指令执行
RSL
通用寄存器组：需要写入数据，we=0(低电平有效)
ALU：运算，m=1，cf_en=1，zf_en无效为0
移位逻辑：需要移位，flbus=1，fbus，frbus无效为0
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：不需要读写，XL，DL无效为0
指令计数器无操作，选择器值不影响指令执行
JMP
通用寄存器组：不需要写入数据，we=1(低电平有效)
ALU：不运算，m，cf_en，zf_en无效为0
移位逻辑：不需要移位，flbus，fbus，frbus无效为0
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：需要读，XL无效为0，DL=1
指令计数器：读取总线上的指令地址，pc_ld=1，pc_in无效为0
选择器选择PC的数据：MADD=00
JZ/JC(Z=1/C=1时如下执行，否则不执行)
通用寄存器组：不需要写入数据，we=1(低电平有效)
ALU：不运算，m，cf_en，zf_en无效为0
移位逻辑：不需要移位，flbus，fbus，frbus无效为0
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：需要读，XL无效为0，DL=1
指令计数器：读取总线上的指令地址，pc_ld=1，pc_in无效为0
选择器选择PC的数据：MADD=00
IN
通用寄存器组：需要写入数据，we=0(低电平有效)
ALU：不运算，m，cf_en，zf_en无效为0
移位逻辑：不需要移位，flbus，fbus，frbus无效为0
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：不需要读写，XL，DL无效为0
指令计数器无操作，选择器值不影响指令执行
in_en=1
OUT
通用寄存器组：不需要写入数据，we=1(低电平有效)
ALU：不运算，m，cf_en，zf_en无效为0
移位逻辑：不需要移位，flbus，frbus无效为0，fbus=1
指令寄存器：不需要读指令，ir_ld无效为0
RAM：不需要读写，XL，DL无效为0
指令计数器无操作，选择器值不影响指令执行
out_en=1
NOP：暂停指令执行，无控制信号
HALT：停止sm翻转，sm_en=0
读取指令：sm=0时读取指令，pc_in=1，ir_ld=1
5.过程赋值代码
整理每个控制信号有效的指令，进行赋值
...
always@(mova,movb,movc,add,sub,and1,not1,rsr,rsl,jmp,jz,z,jc,c,in1,out1,nop,halt,sm,ir)
begin
sm_en<=!halt;
//ALU
alu_m<=add||sub||and1||not1||rsr||rsl||out1;
cf_en<=add||sub||rsr||rsl;
zf_en<=add||sub;
alu_s[3:0]<=ir[7:4];
//移位逻辑
shi_fbus<=mova||movb||add||sub||and1||not1||out1;
shi_frbus<=rsr;
shi_flbus<=rsl;
//RAM
ram_dl<=movc||jmp||(jz&&z)||(jc&&c)||!sm;
ram_xl<=movb;
//指令寄存器
ir_ld<=!sm;
//寄存器组
reg_we<=!(mova||movc||add||sub||and1||not1||rsl||rsr||in1)||!sm;
reg_wa<=ir[3:2];
reg_ra[1:0]<=ir[1:0];
//计数器PC
pc_ld<=jmp||(jz&&z)||(jc&&c);
pc_in<=(jz&&!z)||(jc&&!c)||!sm;
//选择器MADD
if(movb&&sm) madd<=2'b10;
else if(movc&&sm) madd<=2'b01;
else if(!sm) madd<=2'b00;
else madd<=2'b00;
//输入输出设备
in_en<=in1;
out_en<=out1;
end
...
版权声明：本文为CSDN博主「A橙_」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/Aaron503/article/details/122781245
暂无评论