在这美妙的夜晚,我花时间精心调试了指令集,编写了机器码,并进行了一系列测试。幸运的是,每一次计算都准确无误。我先放置了一些图片作为预览,随后我将详细介绍那些需要实现的内容。此外,我目前仅仅添加了RAM和ROM,这只是起点。我们将采用哈佛结构和单流水线设计,每条指令都需经过三个机器周期,以便完成取指、译码和执行各个阶段。在下方图表中,你可以看到PC每隔三个周期就增加一位,从而开始处理新的一条指令。
接下来,让我向你展示我们的指令集,它被分为四大类:特殊指令、立即数操作指令、访存操作以及跳转命令。值得注意的是,我们使用了24位的格式,即使有些命令只需要16位,因为这样做有助于简化跳转逻辑。
以下是MCU顶层架构的一个概览:
核心组件由五个模块构成:取指模块、译码模块、执行模块、高级控制模块(可理解为微程序控制器)以及寄存器文件(包含PC、ACC、DR、SR和IR)。未来,我们计划添加一个调试模式,使得能在实时环境中下载程序。
此外,我还提供了一些内部模块的RTL视图:
最后,让我们通过一个例子来说明这一切如何工作。当手工编写并加载到ROM中的机器码得到初始化后,我们启动仿真过程。一旦一切正确,无比喜悦油然而生,因为仿真结果证实了我们的代码完全正确地执行了两个16位数字之间的加法:00001101等于00001010加上00000011。
从这些图表中,你可以看出,在计算完毕之后,PC不断地在3和4之间波动,这证明死循环正在顺利运行,而这个循环恰好体现出了程序逻辑。这是一次小小但又令人兴奋的成功之旅,为未来的项目奠定坚实基础。
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