Changes between Initial Version and Version 1 of Ex06 ALU制御モジュールの設計2017

Timestamp:

May 22, 2017 4:02:12 PM (9 years ago)

Author:

nakasato

Comment:

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Ex06 ALU制御モジュールの設計2017

@@ +1 @@
+トップ：http://galaxy.u-aizu.ac.jp/note/wiki/CAEX2017
+
+= ALUの制御 = 
+第5版上巻p.251の「ALU制御ユニット」の項を参考にして、ALUを制御するためのユニットを設計します。
+
+まずここで設計するALU制御ユニットのテンプレートは以下のようになります。
+
+{{{
+module  ALUcontrol(ALUop,FA, FB, ALUoperation );    
+      
+input [1:0]     ALUop; 
+input [5:0]     FA;// {F5,F4,F3,F2,F1,F0} 
+input [5:0]     FB;// {F31,F30,F29,F28,F27,F26} 
+output [3:0]    ALUoperation; 
+wire        ALUOperation0, ALUOperation1, ALUOperation2; 
+      
+      assign ALUoperation0 = ...; 
+      
+      assign ALUoperation1 = ...; 
+      
+      assign ALUoperation2 = ...; 
+      
+      assign ALUoperation = {...}; 
+endmodule     
+}}}
+
+ALUop(2 bit)は主制御ユニットからの入力です。FAとFB(それぞれ6 bit)も入力です。
+これはMIPS命令(32 bit)の一部を表します。
+命令の各ビットを下位からF0-F31とした時に、FAはF0 - F5を、FBはF26 - F31を表すこととします。
+ALU制御ユニットはALUop, FA, FBを組み合わせて、
+教科書にあるようにALUを制御するための4 bitの信号を作る必要があります（図4.12と4.13)。
+今回設計するプロセッサでは、イミディエート命令を追加するため、以下の修正が必要です。
+
+追加されるイミディエート命令は、命令語の上位6ビット(FB)に演算の種類が入っているため、
+イミディエート命令をサポートするためには、上位6ビットの内容もALU制御ユニットに入力しなければなりません。
+さらに、何らかの手段によってALU制御ユニットに、現在実行中の命令がイミディエート命令であることを伝えなくてはなりません。
+
+ここでは、ALUOpで未使用の組み合わせだった"2'b11"という値をイミディエート命令であることを表すことにします。
+この結果、図4.12のALU制御ビットの構成は次のように変更されます。
+ 
+[[Image(http://galaxy.u-aizu.ac.jp/note/raw-attachment/wiki/Ex05%E8%AA%B2%E9%A1%8C2015/ALU1.png)]]
+
+上記の表に対応して、教科書図4.13、ALU制御コードの真理値表も以下のように拡張されます。
+
+[[Image(http://galaxy.u-aizu.ac.jp/note/raw-attachment/wiki/Ex05%E8%AA%B2%E9%A1%8C2015/ALU2.png)]]
+
+この真理値表をもとにして、出力であるALUoperation(4 bit)を設計してください。
+まず、真理値表から、ALUoperation![3]は常に偽(0)であることがわかります。
+他のビットは、それが真(1)になるになる条件を考えてください。
+例えば、ALUoperation![2]が真になる組み合わせは：
+
+[[Image(http://galaxy.u-aizu.ac.jp/note/raw-attachment/wiki/Ex05%E8%AA%B2%E9%A1%8C2015/ALU3.png)]]
+
+の時です。
+
+この真理値表の1行目だけを考慮すると、assign文を使って
+{{{
+  assign ALUoperation[2] = (ALUop[1] == 1'b0 && ALUop[0] == 1'b1);
+}}}
+
+または
+
+{{{
+  assign ALUoperation[2] = (ALUop == 2'b01);
+}}}
+と書くことができます。この文は括弧内の条件が満たされた時にALUoperation![2]が真となることを意味します。
+真理値表の他の行もあわせて正しくなるように、ALUoperation![2]を定義してください。
+
+ALUoperation![1]とALUoperation![0]は同様に真理値表を求めてから、assign文を考えてください。
+
+
+== 課題：ALU制御ユニットを設計する ==
+以上の説明に従ってALU制御ユニット(ファイル名"ALUcontrol.v")を設計しなさい。
+
+設計するALU制御ユニットへの入力は"ALUop"と"FA"と"FB"であり、最初の図よりその組合せは11パターンあります
+(LWとSWは入力が同じのため)。
+この11パターンの場合に正しい動作をするかどうかを、以下のテストベンチの例を参考にして動作検証をしなさい。
+
+テストベンチのテンプレート：
+{{{
+`timescale 1ns/1ps      
+      
+`include "ALUcontrol.v"   
+      
+module  ALUcontroltestbench; 
+      
+reg [1:0]     ALUop; 
+reg [5:0]     FA; 
+reg [5:0]     FB; 
+wire [3:0]   ALUoperation;
+
+ALUcontrol     aluc(ALUop, FA, FB, ALUoperation); 
+      
+initial      
+ begin      
+      
+  $dumpfile("ALUcontroltestbench.vcd");      
+  $dumpvars(0, aluc);      
+      
+  #0 ALUop = 2'b00;  FA= 6'b000000;  FB= 6'b000000;  // LW&SW
+      
+  #100 
+      
+  $display( $time, " ALUoperation=%h", ALUoperation); // should be "0010"     
+      
+  ALUop = 2'b01;  FA= 6'b000000;  FB= 6'b000000;  // Branch on Equal
+     
+  #100       
+      
+  $display( $time, " ALUoperation=%h", ALUoperation); // should be "0110"     
+      
+//  以下残りの9パターンについて繰り返し
+ 
+  $finish;       
+ end      
+endmodule     
+}}}