应用vhdl语言实现简单cpu.doc
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应用vhdl语言实现简单cpu,应用vhdl语言实现简单cpu27000字 63页摘 要本次毕业设计的题目是“应用vhdl语言实现简单cpu”，重点在于熟练掌握应用max+plusⅡ软件平台，利用vhdl语言进行cpld设计的整个流程,并且能够进行小型数字系统设计。vhdl硬件描述语言是一种快速的电路设计工具，功能涵盖了电路描述、电路合成、电路仿真等...
内容介绍
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应用VHDL语言实现简单CPU
27000字 63页
摘 要
本次毕业设计的题目是“应用VHDL语言实现简单CPU”，重点在于熟练掌握应用MAX+plusⅡ软件平台，利用VHDL语言进行CPLD设计的整个流程,并且能够进行小型数字系统设计。
VHDL硬件描述语言是一种快速的电路设计工具，功能涵盖了电路描述、电路合成、电路仿真等三大设计工作。VHDL硬件描述语言所能涵盖的范围相当广，能适用于各种不同阶层的设计工程师的需求。从ASIC的设计到PCB的设计，都可以运用VHDL语言进行设计工作。
CPLD是复杂可编程逻辑器件（Complex Programable Logic Device）的简称。CPLD器件最大的优点是可以在线编程，具有实时性。即在不更改硬件电路的条件下，可以随时修改、升级硬件程序。 CPLD能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74电路，都可以用CPLD来实现。使用CPLD来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。
MAX+plusⅡ是Altera公司推出的第三代PLD开发系统，具有简化设计流程，节省运行时间的特点。使用MAX+plusⅡ的设计者不需精通器件内部的复杂结构。设计者可以用自己熟悉的设计工具建立设计，由MAX+plusⅡ把这些设计自动转换成最终所需的格式。MAX+plusⅡ被公认为是最易使用，人机界面最友善的PLD开发软件。
VHDL语言为数字系统设计提供了新的思路和方法。随着CPLD器件的进一步完善，这种设计方法定将有更广阔的发展前景。
关键词：VHDL；CPU；仿真；CPLD
Abstract
The title of the graduation design is “realizing the simple CPU by using VHDL language”. The emphases are mastering and applying the MAX+plusⅡ software expertly, carrying through the whole flow of CPLD design by using VHDL language and designing the minitype digital system.
The hardware description language VHDL is a kind of fast circuit designing tool. Its functions cover three great designing works including the circuit description, circuit compound and circuit emulation. The hardware description language VHDL covers a very wide area and it also can fit many needs of different estates designers. The VHDL language can be used in designing work from ASIC design to PCB design.
CPLD is the abbreviation of Complex Programmable Logical Device. The biggest advantage of CPLD is that it can program on-line, having real time quality. That means it can modify and promote the hardware program at any time without changing the hardware circuit . CPLD can accomplish any function of digital device, whatever the high-powered CPU or the simple 74 circuit can all realized by CPLD. Using the CPLD to explore the digital circuit can cut the designing time consumedly, reduce the surface area of PCB and improve the reliability of the system.
MAX+plus II is the third generation PLD exploitation system presented to public by Altera Corporation. It has the characteristics of simplify the design flow and saving the running time. The designers should not need to master the complex inner structure of MAX+plus II. They can use the designing tools that they are familiar with to design and then the MAX+plus II can automatically transform these designs to the final format that the designers wanted. MAX+plus II is recognized the most easy using PLD exploitation software with the most friendly man-machine interface.
The VHDL language provides a new method to designing digital system. With the more perfection of CPLD device, this designing method will have a more expansive developing prospect.
Key words：VHDL；CPU；Simulation；CPLD
目 录
第1章 绪 论 1
1.1 硬件描述语言的诞生 1
1.2 HDL语言的种类 2
第2章 VHDL简介 3
2.1 VHDL语言结构 3
2.1.1 接口部分—设计实体 4
2.1.2 描述部分—结构体 4
2.2 VHDL数据 5
2.2.1 定义和分类 5
2.2.2 数据类型的全局化和局部化 8
2.3 VHDL的属性 9
第3章 简单CPU原理 10
3.1 简单CPU的结构和功能简介 10
3.1.1 微机中的CPU 10
3.1.2 简单CPU的组成 14
3.1.3 简单CPU的功能 15
3.2 指令系统简介 15
3.2.1 指令格式 16
3.2.2 寻址方式 17
3.2.3 指令的分类 17
3.2.4 简单CPU的指令及寻址方法 18
第4章 VHDL语言实现简单CPU 20
4.1 16 8ROM的设计 20
4.2 简单CPU的指令周期 22
4.2.1 指令的分类 22
4.2.2 指令执行周期 22
4.3 VHDL实现简单CPU 25
4.3.1 CPU核心程序 25
4.3.2 简单CPU的功能仿真 32
4.3.3 简单CPU设计的不足之处 39
4.4 芯片的选择 39
4.4.1 芯片的编程 39
4.4.2 CPLD芯片 40
4.4.3 EPF10K10LI84-4芯片简介 43
第5章 结 论 45
参考文献 46
致 谢 47
附 录 48
部分参考文献
[15]胡振华.VHDL与FPGA设计.北京：中国铁道出版社，2003：56-58
[16]刘绍寒，林灶生，刘新民.VHDL芯片设计.北京：清华大学出版社，2004：124-132
[17]Stefan Sjoholm.用VHDL设计电子线路.北京：清华大学出版社，2000：25-31
[18] Peter J.Ashenden. The VHDL Cookbook,1990
27000字 63页
摘 要
本次毕业设计的题目是“应用VHDL语言实现简单CPU”，重点在于熟练掌握应用MAX+plusⅡ软件平台，利用VHDL语言进行CPLD设计的整个流程,并且能够进行小型数字系统设计。
VHDL硬件描述语言是一种快速的电路设计工具，功能涵盖了电路描述、电路合成、电路仿真等三大设计工作。VHDL硬件描述语言所能涵盖的范围相当广，能适用于各种不同阶层的设计工程师的需求。从ASIC的设计到PCB的设计，都可以运用VHDL语言进行设计工作。
CPLD是复杂可编程逻辑器件（Complex Programable Logic Device）的简称。CPLD器件最大的优点是可以在线编程，具有实时性。即在不更改硬件电路的条件下，可以随时修改、升级硬件程序。 CPLD能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74电路，都可以用CPLD来实现。使用CPLD来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。
MAX+plusⅡ是Altera公司推出的第三代PLD开发系统，具有简化设计流程，节省运行时间的特点。使用MAX+plusⅡ的设计者不需精通器件内部的复杂结构。设计者可以用自己熟悉的设计工具建立设计，由MAX+plusⅡ把这些设计自动转换成最终所需的格式。MAX+plusⅡ被公认为是最易使用，人机界面最友善的PLD开发软件。
VHDL语言为数字系统设计提供了新的思路和方法。随着CPLD器件的进一步完善，这种设计方法定将有更广阔的发展前景。
关键词：VHDL；CPU；仿真；CPLD
Abstract
The title of the graduation design is “realizing the simple CPU by using VHDL language”. The emphases are mastering and applying the MAX+plusⅡ software expertly, carrying through the whole flow of CPLD design by using VHDL language and designing the minitype digital system.
The hardware description language VHDL is a kind of fast circuit designing tool. Its functions cover three great designing works including the circuit description, circuit compound and circuit emulation. The hardware description language VHDL covers a very wide area and it also can fit many needs of different estates designers. The VHDL language can be used in designing work from ASIC design to PCB design.
CPLD is the abbreviation of Complex Programmable Logical Device. The biggest advantage of CPLD is that it can program on-line, having real time quality. That means it can modify and promote the hardware program at any time without changing the hardware circuit . CPLD can accomplish any function of digital device, whatever the high-powered CPU or the simple 74 circuit can all realized by CPLD. Using the CPLD to explore the digital circuit can cut the designing time consumedly, reduce the surface area of PCB and improve the reliability of the system.
MAX+plus II is the third generation PLD exploitation system presented to public by Altera Corporation. It has the characteristics of simplify the design flow and saving the running time. The designers should not need to master the complex inner structure of MAX+plus II. They can use the designing tools that they are familiar with to design and then the MAX+plus II can automatically transform these designs to the final format that the designers wanted. MAX+plus II is recognized the most easy using PLD exploitation software with the most friendly man-machine interface.
The VHDL language provides a new method to designing digital system. With the more perfection of CPLD device, this designing method will have a more expansive developing prospect.
Key words：VHDL；CPU；Simulation；CPLD
目 录
第1章 绪 论 1
1.1 硬件描述语言的诞生 1
1.2 HDL语言的种类 2
第2章 VHDL简介 3
2.1 VHDL语言结构 3
2.1.1 接口部分—设计实体 4
2.1.2 描述部分—结构体 4
2.2 VHDL数据 5
2.2.1 定义和分类 5
2.2.2 数据类型的全局化和局部化 8
2.3 VHDL的属性 9
第3章 简单CPU原理 10
3.1 简单CPU的结构和功能简介 10
3.1.1 微机中的CPU 10
3.1.2 简单CPU的组成 14
3.1.3 简单CPU的功能 15
3.2 指令系统简介 15
3.2.1 指令格式 16
3.2.2 寻址方式 17
3.2.3 指令的分类 17
3.2.4 简单CPU的指令及寻址方法 18
第4章 VHDL语言实现简单CPU 20
4.1 16 8ROM的设计 20
4.2 简单CPU的指令周期 22
4.2.1 指令的分类 22
4.2.2 指令执行周期 22
4.3 VHDL实现简单CPU 25
4.3.1 CPU核心程序 25
4.3.2 简单CPU的功能仿真 32
4.3.3 简单CPU设计的不足之处 39
4.4 芯片的选择 39
4.4.1 芯片的编程 39
4.4.2 CPLD芯片 40
4.4.3 EPF10K10LI84-4芯片简介 43
第5章 结 论 45
参考文献 46
致 谢 47
附 录 48
部分参考文献
[15]胡振华.VHDL与FPGA设计.北京：中国铁道出版社，2003：56-58
[16]刘绍寒，林灶生，刘新民.VHDL芯片设计.北京：清华大学出版社，2004：124-132
[17]Stefan Sjoholm.用VHDL设计电子线路.北京：清华大学出版社，2000：25-31
[18] Peter J.Ashenden. The VHDL Cookbook,1990
