基于FPGA的計算機(jī)組成原理開放實驗平臺的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、《計算機(jī)組成原理》是計算機(jī)學(xué)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,在整個計算機(jī)專業(yè)課程體系中,起著承上啟下的作用,其實驗教學(xué)是對理論課程的深化和補(bǔ)充,對學(xué)生理論知識的理解和動手能力的培養(yǎng)具有十分重要的意義,國內(nèi)外各高校都很重視計算機(jī)組成原理實驗課的教學(xué)。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展,目前國內(nèi)大多數(shù)高校實驗方式已由傳統(tǒng)的驗證式實驗向基于FPGA設(shè)計型實驗轉(zhuǎn)變,但缺乏一個集設(shè)計、測試與考核于一體的完整實驗系統(tǒng)。
　　 針對這一狀況,本文設(shè)計了一款基于FPGA

2、的計算機(jī)組成原理開放實驗平臺。該平臺基于PC機(jī)和ALTERADE2-70教學(xué)開發(fā)板,采用三層次結(jié)構(gòu),由嵌入式實驗控制器、實驗?zāi)K和PC機(jī)實驗軟件組成。其中,嵌入式實驗控制器是基于NIOSⅡ的SOPC系統(tǒng),相對于傳統(tǒng)實驗箱的單片機(jī)控制更靈活,易于功能擴(kuò)展和升級;實驗?zāi)K是基于FPGA的開放式結(jié)構(gòu),面向設(shè)計性與綜合性的硬件實驗,設(shè)計者用硬件描述語言HDL設(shè)計實驗內(nèi)容并下載到實驗?zāi)K,可以是部件實驗也可以是整機(jī)實驗,還可以根據(jù)需要自定義實驗內(nèi)

3、容;PC機(jī)實驗軟件采用圖形化界面完成實驗數(shù)據(jù)的輸入、實驗結(jié)果的顯示以及實驗過程的控制,可以動態(tài)的顯示實驗現(xiàn)象,方便、直觀完成實驗結(jié)果的測試和驗證。
　　 本文重點研究了實驗平臺的設(shè)計與實現(xiàn),在此基礎(chǔ)上設(shè)計了部件實驗和16位微程序控制模型計算機(jī)并進(jìn)行了驗證。實驗平臺設(shè)計內(nèi)容包括硬件設(shè)計、軟件設(shè)計兩方面。硬件上主要完成SOPC系統(tǒng)搭建和NIOS系統(tǒng)設(shè)計,具體包含實驗?zāi)K控制器設(shè)計、SOPC系統(tǒng)設(shè)計和USB控制芯片ISP1362的固件