第二天

第一天：熟悉微程序的设计和调试 一、设计目标 1、掌握微程序的设计方法 2、熟悉利用调试软件运行、调试微程序的方法 二、操作提示 1、连接实验设备 注意：请在断电状态下连接调试电缆。 2、下载FPGA配置数据 从课程网站下载CPU.sof 等文件，使用Quartus II Programmer 软件将CPU.sof 下载到 FPGA。 3、输入微程序 利用调试软件将微程序写入控存，微程序如下。 取指令微程序 取源操作数为立即数的微程序 取目的操作数为寄存器寻址的微程序 MOV指令的微程序（目的数寄存器寻址） 4、输入调机程序 今天的将调机程序就是一条指令：“ MOV #0001H, R1”。首先将指令翻译成机器码，根 据指令的编码规则，该指令的编码是：0761 0001。然后利用调试软件将指令码写入主存， 地址从主存的0030H开始。 5、调试微程序。 利用调试软件“Step”按钮控制微指令单步执行，执行结果如图 2.3所示 2.3 例2.1 MOV指令的单步运行跟踪数据 6、微程序的执行结果： 首先分析微程序执行流程是否正确，根据前面指令微流程的设计，理论上该指令微程序 的执行顺序应该是001→002→003→004→00B→00F→016→006→018→007→031→02D→ 02E→000，通过调试软件的执行结果图 2.3可以看出，该指令微程序的微指令次序是正确的。 三、设计中遇到的问及解决方法。 取完指令后，进行操作的步骤中，执行入口的编写，以及取目的操作数与取原操作数之间的代码的编写遇到了问题，然后自己翻一翻书，大家交流了一下，最后得以解决。 第二天：取操作数微程序设计与调试 一、设计目标 完成取原操作数和取目的操作数微程序的设计。 二、指令微程序设计 取原操作数微流程 取目的操作数 20080001 1 0 0 0 2 0 0 0 0 001 PCoe, ARce 00069002 0 0 0 0 1 2 1 1 0 002 ARoe′, RD, DRce′, Pcinc CC000003 6 3 0 0 0 0 0 0 0 003 DRoe, IRce 00000404 0 0 0 0 0 0 0 0 2 004 NOP 00000A08 0 0 0 0 0 0 0 0 5 008 NOP 取源操作数入口 00000A18 0 0 0 0 0 0 0 0 5 018 NOP 取目的操作数入口 00000831 0 0 0 0 0 0 0 0 4 031 NOP 执行指令入口 50000006 2 4 0 0 0 0 0 0 0 006 GRSoe,TRce 取源操作数 寄存器寻址 40080015 2 0 0 0 2 0 0 0 0 015 GRSoe,ARce 取源操作数 寄存器间接寻址 2008000C 1 0 0 0 2 0 0 0 0 00C PCoe, ARce 取源操作数 寄存器变址寻址 2008000F 1 0 0 0 2 0 0 0 0 00F PCoe, ARce 取源操作数 0006900D 0 0 0 0 1 2 1 1 0 00D ARoe′, RD, DRce′, Pcinc D400000E 6 5 0 0 0 0 0 0 0 00E DRoe, Ace 40700017 2 0 1 3 0 0 0 0 0 017 GRSoe,ADD,SV 00069C10 0 0 0 0 1 2 1 1 6 010 ARoe′, RD, DRce′, Pcinc D4000011 6 5 0 0 0 0 0 0 0 011 DRoe, Ace 取源操作数 相对寻址 20700017 1 0 1 3 0 0 0 0 0 017 PCoe,ADD,SV C0080013 6 0 0 0 2 0 0 0 0 013 DRoe, ARce 取源操作数 间接寻址 00061014 0 0 0 0 1 2 0 1 0 014 ARoe′, RD, DRce′ C0080015 6 0 0 0 2 0 0 0 0 015 DRoe, ARce 取源操作数 直接寻址 00061016 0 0 0 0 1 2 0 1 0 016 ARoe′, RD, DRce′ D0000006 6 4 0 0 0 0 0 0 0 006 DRoe, TRce 取源操作数 立即寻址 60080015 3 0 0 0 2 0 0 0 0 015 Soe, ARce 54000007 2 5 0 0 0 0 0 0 0 007 GRSoe,Ace 取目的操作数 寄存器寻址 40080025 2 0 0 0 2 0 0 0 0 025 GRSoe,ARce 取目的操作数 寄存器间接寻址 2008001C 1 0 0 0 2 0 0 0 0 01C PCoe, ARce 取目的操作数 寄存器变址寻址 2008001F 1 0 0 0 2 0 0 0 0 01F PCoe, Arce 取目的操作数 0006901D 0 0 0 0 1 2 1 1 0 01D ARoe′, RD, DRce′, Pcinc D400001E 6 5 0 0 0 0 0 0 0 01E DRoe, Ace 40700027 2 0 1 3 0 0 0 0 0 027 GRSoe,ADD,SV 00069C20 0 0 0 0 1 2 1 1 6 020 ARoe′, RD, DRce′, PCinc D4000021 6 5 0 0 0 0 0 0 0 021 DRoe, Ace 取目的操作数 相对寻址 20700027 1 0 1 3 0 0 0 0 0 027 PCoe,ADD,SV C0080023 6 0 0 0 2 0 0 0 0 023 DRoe, ARce 取目的操作数 间接寻址 00061024 0 0 0 0 1 2 0 1 0 024 ARoe′, RD, DRce′ C0080025 6 0 0 0 2 0 0 0 0 025 DRoe, ARce 取目的操作数 直接寻址 00061026 0 0 0 0 1 2 0 1 0 026 ARoe′, RD, DRce′ D4000007 6 5 0 0 0 0 0 0 0 007 DRoe, Ace 取目的操作数 立即寻址 60080025 3 0 0 0 2 0 0 0 0 025 Soe, ARce 三、测试程序、数据及运行结果 如下： 1、测试：直接寻址，寄存器寻址 测试指令：MOV 0001 R1 指令编码：0741 0001 控存： 主存： 运行结果： 2、测试内容：立即数寻址，寄存器寻址 测试指令（或程序）：MOV #1010H,R1 指令编码：0761 1010 运行结果： 四、设计中遇到的问题及解决方法。 最开始使用取目的操作数的时候，对于mov指令，不敢使用直接寻址，然后找不到结果，只会使用寄存器寻址，之后对直接寻址进行进一步了解，发现直接寻址可以把目的操作数直接存入主存当中，只要对主存进行刷新操作，即会有结果。 第三天：双操作数指令的微程序设计与调试 一、设计目标 完成ADD、ADDC、SUB、SUBB、CMP、AND、OR、XOR、TEST 9 条指令微程序的设计。 二、指令微程序设计 由上向下的微程序依次为ADD、ADDC、SUB、SUBB、CMP、AND、OR、XOR、TEST 98700E2E 4 6 1 3 0 0 0 0 7 02E TRoe,ADD,SV,PSWce ADD 98B00E2E 4 6 2 3 0 0 0 0 7 02E TRoe,ADDC,SV,PSWce ADDC 98F00E2E 4 6 3 3 0 0 0 0 7 02E TRoe,SUB,SV,PSWce SUB 99300E2E 4 6 4 3 0 0 0 0 7 02E TRoe,SUBC,SV,PSWce SUBB 98C00000 4 6 3 0 0 0 0 0 7 000 TRoe,CMP,PSWce CMP 99700E2E 4 6 5 3 0 0 0 0 7 02E TRoe,AND,SV,PSWce AND 99B00E2E 4 6 6 3 0 0 0 0 7 02E TRoe,OR,SV,PSWce OR 9A300E2E 4 6 8 3 0 0 0 0 7 02E TRoe,XOR,SV,PSWce XOR 99400000 4 6 5 0 0 0 0 0 0 000 TRoe,AND,PSWce TEST 三、测试指令、数据以及结果分析 测试内容：AND 0040H R1 指令编码：1F41 0040H 运行结果： 测试内容： SUB #0101 (R1) 指令编码：1369 0101 运行结果： 测试指令：TEST 0048 R1 指令编码：2B41 0048 四、设计中遇到的问题及解决方法。 在执行test指令的编码时TRoe,AND,PSWce，是用AND，还是ADD，比较纠结，后来通过百度，同学间的讨论，以及进行测试比对，最后决定使用AND。通过这几天的上机，明显感觉到自己相比较前几天而言，更为熟练，遇到问题也不如之前多，自己也会想办法去解决。相信之后的几天会更加顺手。 第四天：单操作数运算和移位指令的微程序设计与调试 一、设计目标 完成单操作数运算指令INC、DEC、NOT和7条移位指令微程序的设计。 二、指令微程序设计 由上向下的微程序依次为INC、DEC、NOT和七条移位指令SAR、SHL、SHR、ROL、ROR、RCL、RCR 1A70 0E2E 0 6 9 3 0 0 0 0 7 02E INC,SV,PSWce INC指令 1AB0 0E2E 0 6 A 3 0 0 0 0 7 02E DEC ,SV,PSWce DEC指令 19F0 0E2E 0 6 7 3 0 0 0 0 7 02E NOT,SV,PSWce NOT指令 18100E2E 0 6 0 1 0 0 0 0 7 02E SR,PSWce SAR 18200E2E 0 6 0 2 0 0 0 0 7 02E SL,PSWce SHL 18100E2E 0 6 0 1 0 0 0 0 7 02E SR,PSWce SHR 18200E2E 0 6 0 2 0 0 0 0 7 02E SL,PSWce ROL 18100E2E 0 6 0 1 0 0 0 0 7 02E SR,PSWce ROR 18200E2E 0 6 0 2 0 0 0 0 7 02E SL,PSWce RCL 18100E2E 0 6 0 1 0 0 0 0 7 02E SR,PSWce RCR 三、测试指令、数据以及结果分析 1、测试指令：INC 0031H 指令编码 023A 0031 2、测试指令：Shl 0001 指令编码：005A 0040 执行前主存 刷新后的主存： 3、测试指令 INC 0035H 指令编码 023A 0035 0035→1010 运行结果： 4、测试内容：DEC +2 指令编码：0258 0002 运行结果： 5、测试指令 NOT 0035H 指令编码027A 0035 运行结果： 6、测试指令 ROL 0035H 指令编码 009A 0035 运行结果： 四、设计中遇到的问题及解决方法。 今天测试的量比较大，需要在前一天把指令准备好，进行测试的过程中出现了很多问题，比如说在执行入口的时候就没有反应了，有些编码的错误，导致后续不能执行，然后先把微地址给写在纸上，然后再与测试的指令进行比对，没有错误的话，再对指令的编码进行核对，刷新主存，控存，找出错误所在地。总之今天做的比前几天困难，量比较大，耗时较长，不如前几天的简单了。 第五天：子程序调用、堆栈和转移指令的微程序设计与调试 一、设计目标 完成CALL、RET、PUSH、POP和9条转移指令的微程序的设计 二、指令微程序设计 9条转移指令，由上向下依次为 JC、JNC、JO、JNO、JZ、JNZ、JS、JNS、JMP 微地址（H） 微指令（H） 微指令字段（H） 微命令 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 068 A4000200 5 1 0 0 0 0 0 0 1 000 ARoe,PCce 069 A4000200 5 1 0 0 0 0 0 0 1 000 ARoe,PCce 06A A4000200 5 1 0 0 0 0 0 0 1 000 ARoe,PCce 06B A4000200 5 1 0 0 0 0 0 0 1 000 ARoe,PCce 06C A4000200 5 1 0 0 0 0 0 0 1 000 ARoe,PCce 06D A4000200 5 1 0 0 0 0 0 0 1 000 ARoe,PCce 06E A4000200 5 1 0 0 0 0 0 0 1 000 ARoe,PCce 06F A4000200 5 1 0 0 0 0 0 0 1 000 ARoe,PCce 070 A4000200 5 1 0 0 0 0 0 0 1 000 ARoe,PCce CALL指令 微地址（H） 微指令（H） 微指令字段（H） 微命令 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 07A 000000D0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0D0 0D0 F40000D1 7 5 0 0 0 0 0 0 0 0D1 SPoe,Ace 0D1 B2B000D2 5 4 A 3 0 0 0 0 0 0D2 DEC,SV,ARoe,TRce 0D2 7C0800D3 3 7 0 0 2 0 0 0 0 0D3 Soe,ARce,SPce 0D3 200300D4 1 0 0 0 0 3 0 0 0 0D4 PCoe,DRce 0D4 84052200 4 1 0 0 1 1 0 2 1 000 ARoe’,DRoe’,WR,TRoe,PCce RET指令 微地址（H） 微指令（H） 微指令字段（H） 微命令 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 05A 0000003C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 03C 03C F408003D 7 5 0 0 2 0 0 0 0 03D SPoe,Ace,ARce 03D 0276103E 0 0 9 3 1 2 0 1 0 03E INC,SV,ARoe＇,RD,DRce＇ 03E C400003F 6 1 0 0 0 0 0 0 0 03F DRoe,PCce 03F 7C000200 3 7 0 0 0 0 0 0 1 000 Soe,Spce PUSH指令 微地址（H） 微指令（H） 微指令字段（H） 微命令 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 078 0000000C0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0C0 0C0 F40000C1 7 5 0 0 0 0 0 0 0 0C1 SPoe,Ace 0C1 02B000C2 0 0 A 3 0 0 0 0 0 0C2 DEC,SV 0C2 7C0800C3 3 7 0 0 2 0 0 0 0 0C3 Soe,SPce,ARce 0C3 00052200 0 0 0 0 1 1 0 2 1 000 ARoe’,DRoe’,WR POP指令 微地址（H） 微指令（H） 微指令字段（H） 微命令 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 079 000000C8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0C8 0C8 B00000C9 5 4 0 0 0 0 0 0 0 0C9 ARoe,TRce 0C9 F40800CA 7 5 A 0 0 0 0 0 0 0CA SPoe,Ace,ARce 0CA 027610CB 0 0 9 0 1 2 0 1 0 0CB ARoe’,RD,DRce’,INC,SV 0CB 800800CC 4 0 0 0 2 0 0 0 0 0CC TRoe,ARce 0CC 7C052200 3 7 0 0 1 1 0 2 1 000 Soe,SPce,ARoe’DRoe’,WR 三、测试指令、数据以及结果分析 1、测试指令：PUSH 0031H 指令编码：0771 0031 2、测试指令：Call 0060H 指令编码：035A 0060 四、设计中遇到的问题及解决方法。 这是关于子程序调用以及返回的指令，期间用到了sp，堆栈指令，而且很多时候进行测试的时候发现，堆栈操作进行的时候，压栈压不进去，然后进行测试发现自己的执行操作停的太早了，没有执行到最后一步，还有很多命令的执行只是自己想当然，特别对于把数据存入主存，多了一步移入寄存器，再从寄存器移出来。后来进行修改，总算是对的了。 第七天