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Datapath
PC
| 信号名 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|
| clk | I | 时钟信号 |
| rst | I | 复位信号 |
| niaddr | I | 下一条指令的地址 |
| iaddr | O | 当前需要执行的指令地址 |
| 序号 | 功能名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | 复位 | 当复位信号有效时，PC被设置成 0x0000_3000 |
| 2 | 保存 NPC 并退出 | 在每个时钟上升沿保存 NPC，并将其输出 |
NPC
| 信号名 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|
| iaddr | I | 当前需要执行的指令地址 |
| branch | I | 分支信号 |
| jump | I | 跳转信号 |
| zero | I | 判零标志 |
| imm16 | I | I-指令的16位立即数 |
| imm26 | I | J-指令的26位立即数 |
| niaddr | O | 下一条指令的地址 |
| 序号 | 功能名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | 下一指令地址 | 将指令地址移至下一条指令 |
| 2 | 分支地址跳转 | 当分支信号和判零标志有效时，使用I-指令中的16位立即数做逻辑扩展，使其扩展成30位，再将地址乘4，得到需要跳转的分支地址并将其输出 |
| 3 | 绝对地址跳转 | 当跳转信号有效时，使用J-指令中的26位立即数，与当前指令的高四位进行拼接，再将地址乘4，得到需要跳转的绝对地址并将其输出 |
DM
| 信号名 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|
| addr | I | 读/写数据地址 |
| din | I | 内存写入总线 |
| wEn | I | 写使能信号 |
| clk | I | 时钟信号 |
| dout | O | 数据输出总线 |
| 序号 | 功能名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | 写入数据 | 当写使能信号有效时，在每个时钟上升沿将写入总线的数据写进相应内存地址中 |
| 2 | 读出数据 | 将指定地址的数据通过数据输出总线进行输出 |
IM
| 信号名 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|
| iaddr | I | 当前需要执行的指令地址 |
| ins | O | 指令输出 |
| 序号 | 功能名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | 写入指令 | 使用 $readmemh 函数将 code.txt 中的指令写入指令内存中 |
| 2 | 读出指令 | 根据得到的指令地址从指令内存中读出相应的指令数据 |
MUX
| 信号名 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|
| a | I | 缺省输入信号 |
| b | I | 选择输入信号 |
| ctrl_s | I | 选通控制信号 |
| dout | O | 选择器输出 |
| 序号 | 功能名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | 缺省输出 | 当选通控制信号无效时，选择器输出缺省输入信号 |
| 2 | 选择输出 | 当选通控制信号有效时，选择器输出选择输入信号 |
RF
| 信号名 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|
| busW | I | 寄存器写入总线 |
| clk | I | 时钟信号 |
| wE | I | 写使能信号 |
| rW | I | 寄存器写入地址 |
| rA | I | 输出总线A读出的数据地址 |
| rB | I | 输出总线B读出的数据地址 |
| busA | O | 寄存器输出总线A |
| busB | O | 寄存器输出总线B |
| 序号 | 功能名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | 写入数据 | 当写使能信号有效时，在每个时钟上升沿根据写入地址写入寄存器数据 |
| 2 | 读出数据 | 根据A/B数据地址读出相应的寄存器数据并通过输出总线A/B输出 |
ALU
| 信号名 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|
| ALUop | I | 算术逻辑单元操作控制信号 |
| a | I | 输入总线A |
| b | I | 输入总线B |
| result | O | 输出总线 |
| zero | O | 判零标志 |
| 序号 | 功能名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | 做加法 | 根据操作控制信号，通过输出总线输出输入两数之和 |
| 2 | 做减法 | 根据操作控制信号，通过输出总线输出输入两数之差 |
| 1 | 按位与 | 根据操作控制信号，通过输出总线输出输入两数的按位与结果 |
| 2 | 按位或 | 根据操作控制信号，通过输出总线输出输入两数的按位或结果 |
| 1 | 做比较 | 根据操作控制信号，若输入总线A的数值小于总线B的数值，则为真，否则为假 |
EXT
| 信号名 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|
| imm16 | I | I-指令的16位立即数 |
| extOp | I | 扩展器控制信号 |
| dout | O | 扩展器输出总线 |
| 序号 | 功能名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | 逻辑扩展 | 当控制信号无效时，对输入的16位立即数逻辑扩展为32位 |
| 2 | 算术扩展 | 当控制信号有效时，对输入的16位立即数算术扩展为32位 |
Control
CTRL
| 信号名 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|
| ins | I | 当前需要执行的指令 |
| branch | O | 分支信号 |
| jump | O | 跳转信号 |
| regDst | O | 寄存器写入地址控制信号 |
| aluSrc | O | 算数逻辑单元输入控制信号 |
| aluCtr | O | 算术逻辑单元操作控制信号 |
| regWr | O | 寄存器写入使能信号 |
| memWr | O | 内存写入使能信号 |
| extOp | O | 扩展器控制信号 |
| memtoReg | O | 寄存器写入总线控制信号 |
| 序号 | 功能名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | 由指令产生控制信号 | 通过输入的指令分析出需要执行的操作，输出相应的控制信号 |