计算机组成原理课程设计报告JUC2模型机的微程序设计
姓名沈钰城
学号3140604029
专业信息安全
指导教师肖铁军
江苏大学计算机学院
2016年1 月 6 日
一．实验环境
1.使用的硬件实验板
（1）品牌，型号
实验板品牌：Altera
实验板型号：DE2-115
FPGA芯片品牌：Cyclone IV E
FPGA芯片型号：EP4CE115
（2）FPGA在现代工业中的应用
FPGA令系统开发商的产品更快速地推向市场；更长的生命周期；灵活性，可支持各种标准和网络协议；低成本，低功耗。
在工业应用中，FPGA可取代旧的ASIC技术，提供更具成本有效性的解决方案；FPGA作为通信协处理器负责连接到以太网的工作，灵活的解决方案可以通过一个硬件平台支持多种协议；用FPGA控制马达，通过它的嵌入式处理器，实时特性和数字编码器轻松实现。
另一个典型应用是马达控制。
目前世界工业电力的2/3都用来驱动电机，但只有2%的电机使用了可变速的驱动，如果使用变速电机控制每年将节约10个发电厂的能量。
使用电机控制芯片技术将把工业应用的能耗效率提升到88%。
系统有这样的需求：在增加以太网连接能力同时不想增加额外的器件；想要灵活的方法去控制多个马达和差异化的产品；想要一个支持马达控制和现场总线连接能力的单芯片方案。
基于Cylone III的马达驱动方案通过集成了不同的算法和I/O接口可满足不同的特性需求。
Altera与第三方伙伴合作，将他们提供的优化算法整合到FPGA中，一个平台可实现多个电机控制，大大提高能源利用效率
2.使用的设计软件
（1）品牌、名称、版本、发布年份
软件品牌：Altera
名称：quartus ii
版本：12.0
发布年份：2012
（2）行业对该软件的评价
Altera的Quartus II可编程逻辑软件属于第四代PLD开发平台。
该平台支持一个工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于Internet的协作设计。
Quartus平台与Cadence、ExemplarLogic、MentorGraphics、Synopsys和Synplicity等EDA供应商的开发工具相兼容。
改进了软件的LogicLock模块设计功能，增添了FastFit编译选项，推进了网络编辑性能，而且提升了调试能力。
支持MAX7000/MAX3000等乘积项器件
Quartus II设计套装的其他特性包括：DSP Builder 12.0新的数字信号处理(DSP)支持——通过系统控制台，与MATLAB的DDR存储器进行通信，并具有新的浮点功能，提高了设计效能，以及DSP效率。
经过改进的视频和图像处理(VIP)套装以及视频接口IP——通过具有边缘自适应算法的Scaler II MegaCore功能以及新的Avalon-Streaming (Avalon-ST)视频监视和跟踪系统IP内核，简化了视频处理应用的开发。
增强收发器设计和验证——更新了Arria V FPGA的收发器工具包支持，进一步提高收发器数据速率(对于Stratix V FPGA，高达14.1 Gbps)。
3.使用的调试工具
硬件：JUPOD调试适配器
软件：JULAB实验系统软件
江苏大学计算机学院研发
二．课程设计的总体目标
1.1 目标要求
(1)掌握微程序的设计方法
(2)掌握将汇编指令翻译成机器指令的方法
(3) 熟悉利用调试软件运行、调试微程序的方法1.2 微程序设计
1.2.1取指令的微程序设计
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
000 20080001 1 0 0 0 2 0 0 0 0 001 PCoe,ARce
001 000690020 0 0 0 1 2 1 1 0 002 ARoe′, RD, DRce′, PCinc 002 CC000003 6 3 0 0 0 0 0 0 0 003 DRoe, IRce
003 000004040 0 0 0 0 0 0 0 2 004 BM2
1.2.2取目的操作数的微程序设计
(1) 直接寻址的微程序
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
02C 20080033 1 0 0 0 2 0 0 0 0
033
PCoe,ARce 033 00069034 0 0 0 0 1 2 1 1 0 034 ARoe’,DRce’,PCinc,RD 034 C0080035 6 0 0 0 2 0 0 0 0 035 DRoe,ARce
035 00061036 0 0 0 0 1 2 0 1 0 036 ARoe’,DRce’,RD 036 D4000007 6 5 0 0 0 0 0 0 0 007 DRoe,Ace
1.2.3执行阶段的微程序设计
(1) INC指令的微程序
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
071 1A700E500 6 9 3 0 0 0 0 7 050 PSwce,INC,SVce,BM=7 (2) 保存运算结果的微程序
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
051 60030052 3 0 0 0 0 3 0 0 0 052 Soe,DRce
052 00052200 0 0 0 0 1 1 0 2 1 000 ARoe’,DRoe’,WR (3) JMP指令的微程序
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
070 A4000200 5 1 0 0 0 0 0 0 1 000 ARoe,PCce
1.3 调机程序设计
程序错误！文档中没有指定样式的文字。
-1
0030: 0460; INC 0040H
0031: 0040;
0032: 0420; JMP 0030H
0033: 0030;
1.4 运行调试
运行调试记录表举例：
操作微地址微指令运行结果及分析程序1-1
复位CPU 000 00000000 PC=0030
运行前(0040H) = 1234
微指令单步000 20080001 AR=0030。
PC->AR
001 00069002 DR=0460，PC=0031。
指令->DR，PC加1
002 CC000003 IR=0460。
DR->IR
003 00000404 BM2
……. ……
.
……
.
运行结果052 00052200 DR->0040H, (0040H) = 1235
JMP执行阶段070 A4000200 PC=0030
1.5 小结
通过这次课程设计，充分了解到了自己所进行的实验的实现方法，实验工具和实验的内容对现代社会的作用，同时对于quartus和jub两款软件的作用有了很大的了解。
最重要的是，本次实验，掌握微程序的设计方法，掌握将汇编指令翻译成机器指令的方法，熟悉了微程序的运行流程，并且对于每一步的作用都有了了解。
相比较在课堂听得，实验可以充分的将课堂所学在实践中运用出来，加深了解。