項(xiàng)目代碼下載

還是請大家首先準(zhǔn)備好本項(xiàng)目所用的源代碼。如果已經(jīng)下載了，那就不用重復(fù)下載了。如果還沒有下載，那么，請大家點(diǎn)擊下方鏈接，來了解下載本項(xiàng)目的CPU源代碼的方法。

下載本項(xiàng)目代碼

準(zhǔn)備好了項(xiàng)目源代碼以后，我們接著去講解。

本節(jié)前言

有一段時間沒寫本專欄的教程了。在之前的章節(jié)里，我是講解了系統(tǒng)初始化模塊和取指令模塊。取完了指令以后，我們來講解譯碼模塊。

一.? ?代碼展示

首先呢，讓我們來看一看譯碼模塊的全部代碼。

module decode_unit
(input wire sys_clk,input wire sys_rst_n,input wire decode_en,input wire [15:0] instruct_word,output reg decode_done,output reg [4:0] op_code,output reg [2:0] reserve_bit,output reg [7:0] op_rand
);always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if (sys_rst_n == 1'b0)begindecode_done <= 1'b0;op_code <= 5'h0;reserve_bit <= 3'h0;op_rand <= 8'h0;endelse if (decode_en == 1'b1)begindecode_done <= 1'b1;op_code <= instruct_word[15:11];reserve_bit <= 3'h0;op_rand <= instruct_word[7:0];endelsebegindecode_done <= 1'b0;op_code <= op_code;reserve_bit <= reserve_bit;op_rand <= op_rand;endendmodule

不知道，是否因?yàn)?#xff0c;我學(xué)習(xí)電子學(xué)的Verilog HDL與數(shù)字電路的時間太短。我寫完了譯碼模塊以后，我自己都沒想到，沒想到譯碼單元竟然是這么少。譯碼模塊，就是傳說中的譯碼器。

在我這里，譯碼器模塊，只有37行。

上面的代碼塊中的代碼，位于【\cpu_me01\code】路徑里面，代碼文件的名字為【decode_unit.v】。

二.? ?輸入信號

我們來看一看代碼中的輸入信號。

圖1中的3到6行，便是輸入信號了。第3行與第4行，這倆是系統(tǒng)時鐘與系統(tǒng)復(fù)位信號。其中，系統(tǒng)復(fù)位信號為低電平有效。值得關(guān)注的是第5行和第6行的譯碼使能信號【decode_en】與指令字信號【instruct_word】。

首先，我來說一說【字】的概念。在英特爾匯編里面，字可以指一種數(shù)據(jù)類型，它是16比特長度的整數(shù)，也就是相當(dāng)于C語言中的【unsigned short】。而在學(xué)習(xí)一些個計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的英文文檔時，字往往是指連續(xù)多個比特組成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可能是一個字節(jié)的長度，也有可能是多個字節(jié)的長度。

在計算機(jī)技術(shù)里面，談到字，首先它是有著一定的長度的，由連續(xù)的比特構(gòu)成。第二，比特組合里面，它有著一定的格式。不同的位，或者不同的位的組合，會代表著不同的含義。

本節(jié)所述的指令字【instruct_word】，它是16位的長度，和匯編語言中的字型數(shù)據(jù)的長度相同。在這個16位的長度的比特組合里面，它包含有3個組成部分，分別是操作碼，操作數(shù)和保留位。至于說，是怎么包含的，我們以后再講。

譯碼使能信號【decode_en】和指令字信號【instruct_word】均來自于取指令模塊的輸出信號。我們來看一看它們的生成于連接情況。

本模塊中的譯碼信號【decode_en】和指令字信號【instruct_word】分別對應(yīng)著取指令模塊中的譯碼使能信號【decode_en】和指令碼【instruct_code】信號。

從圖2可以看出，當(dāng)取指令模塊檢測到【rd_en_d1】為1的時候，取指令模塊中的【decode_en】變?yōu)楦唠娖?#xff0c;同時【instruct_code】信號被賦值為有效的值。還可以看到，取指令模塊中的【decode_en】信號和【instruct_code】信號同時變?yōu)橛行?#xff0c;并且譯碼使能信號【decode_en】僅僅維持一個時鐘周期。

圖2顯示了取指令模塊的【decode_en】和【instruct_code】信號的生成情況。接下來，我們?nèi)ケ卷?xiàng)目的頂層模塊【cpu_top】中查看一下連接情況。

在圖3里面，我們可以看到，我在頂層模塊里面申請的幾個用于連接不同模塊的變量。其中呢，紅色框線所示的第13行和第14行，顯示了我所聲明的譯碼使能【decode_en】信號和指令字信號【instruct_word】。

我們接著看。

圖4中，我們可以看到，取指令模塊的【decode_en】和【instruct_code】信號，分別連接到頂層模塊的【decode_en】和【instruct_word】變量。

我們接著看。

如圖5的紅色框線所示，頂層模塊中的【decode_en】與【instruct_word】分別連接到本模塊的同名信號。

這樣一來，我們就清楚了本模塊的輸入信號【decode_en】與【instruct_word】的來源了。

三.? ? 輸出信號

講完了輸入信號以后，我們再來講解輸出信號。

在圖1副本中，我們?nèi)タ?到11行的代碼。這里呢，包括兩部分，第一部分呢，是譯碼完成信號【decode_done】，第二部分，是對輸入的指令字的分解出來的各部分信號，分別是操作碼【op_code】，操作數(shù)【op_rand】，還有保留位。

我們還是來看一下代碼。

在圖6中，主要是輸出信號的邏輯。我們首先來看譯碼完成信號【decode_done】。它的邏輯，根據(jù)圖6的代碼，我們可以看到，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位信號為低電平有效時，它是0值。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到輸入信號譯碼使能【decode_en】為1時，譯碼使能信號【decode_done】被非阻塞賦值為1。然后呢，在else分支里面，【decode_done】又變?yōu)榱?值。輸入信號中的譯碼使能信號【decode_en】僅僅是維持一個時鐘周期的高電平，所以呢，本模塊中的【decode_done】信號也是僅僅維持著一個時鐘的高電平。

也就是說，本模塊的輸出信號，譯碼完成信號【decode_done】，也是僅僅維持一個時鐘周期的高電平。僅當(dāng)檢測到輸入信號，譯碼使能信號【decode_en】為1時，譯碼完成信號【decode_done】才變?yōu)?，且僅僅維持一個時鐘周期的高電平，隨即又變?yōu)?值。

說完了這個譯碼完成信號以后，我們再來說其余的三個輸出信號。

在輸入信號里面，指令字信號【instruct_word】是一個16比特的信號。對于這個信號，本模塊，也就是譯碼模塊，需要將其分為三個部分。第一部分，是它的位15到位11，這一部分，我們要將其提取出來，并賦給輸出信號，操作碼【op_code】。第二部分，是位10到位8，我們忽略這三位的信號值，并固定地，將【3'h0】賦給輸出信號，保留位【reserve_bit】。第三部分，是位7到位0，我們要將其提取出來，并賦給輸出信號，操作數(shù)【op_rand】。

我們來看一看圖6中，關(guān)于【op_code】，【reserve_bit】與【op_rand】的情形，基本上與我的講述是一致的。。

操作碼【op_code】，保留位【reserve_bit】和操作數(shù)【op_rand】，在系統(tǒng)復(fù)位信號為有效的低電平時，均為0值。而在檢測到高電平有效的譯碼使能信號【decode_en】以后，將輸入的指令字信號【instruct_word】的位選 [15:11] 賦給了【op_code】，將保留位?【reserve_bit】設(shè)置為固定的【3'h0】,將【instruct_word】的位選 [7:0] 賦給了【op_rand】。當(dāng)僅僅維持一個有效的高電平信號，譯碼使能信號變?yōu)榈碗娖綍r，操作碼【op_code】，保留位【reserve_bit】和操作數(shù)【op_rand】維持不變。

?四.? ? 本模塊總體邏輯

本模塊的總體邏輯其實(shí)很簡單。就是將輸入信號【instruct_word】的位選 [15:11] 與位選 [7:0] 提取出來，并分別賦給操作碼信號【op_code】和操作數(shù)信號【op_rand】。而對于保留位，則固定地將其設(shè)置為【3'h0】。

本模塊的邏輯還是很簡單的。

結(jié)束語

到了這里，本節(jié)也就該結(jié)束了。然后呢，按照以往的經(jīng)驗(yàn)，我們又該去編寫驗(yàn)證代碼了。這一塊，我覺得，其實(shí)寫不寫驗(yàn)證都是那么回事。因?yàn)楸灸K的邏輯真的很簡單。

對于本模塊，我就不去寫test bench代碼了。

驗(yàn)證代碼雖然不寫了，我們還是會有其他的任務(wù)。

到了這里，由于取指令和譯碼模塊，我都講完了，我也講過了本項(xiàng)目的機(jī)器碼格式，那么，接下來，我打算來講一講，我在本系統(tǒng)里面，往指令ram中寫入了哪些指令。

下一節(jié)開始，我們要來看一看，本系統(tǒng)所要執(zhí)行的幾條機(jī)器指令。當(dāng)然了，在后面，我也會講到，如何來將你想要去執(zhí)行的指令，寫入指令ram中。

本節(jié)結(jié)束。