计算机系统综合设计
设计报告
组长：张冠（09003105）
成员：杨  俊（09003209）
孙啸寅（09003112）
万乾坤（09003218）
李传佑（09003214）
刘  森（09003110）
黄  河（09003206）
东南大学计算机科学与工程学院
二OO六年九月
设计名称
基于MIPS32的SOC设计
完成时间
2006.9
验收时间
本组成员情况
姓  名
学  号
承  担  的  任  务
成 绩
张冠
09003105
mips32CPU、CTC、PWM、WDT、BIOS、
实验报告、最终测试
刘  森
09003110
LED、LCD
孙啸寅
09003112
mips32CPU、I/O模块
黄  河
09003206
UART
杨  俊
09003209
mips32CPU、INT32、SOC模块
李传佑
09003214
KEY，部分BIOS
万乾坤
09003218
Mini C Compilers
注：本设计报告中各个部分如果页数不够，请大家自行扩页，原则是一定要把报告写详细，能说明本组设计的成果和特，能够反应小组中每个人的工作。报告中应该叙述设计中的每个模块。设计报告将是评定每个人成绩的一个重要组成部分。
本组设计的功能描述（含所有实现的模块的功能）
SOC模块
串联CPU和外围接口模块，实现片上系统的功能。
MEMorIO模块
    该模块功能作用是给cpu添加io接口，当读写mem时给RAM输出存储器读写信号，当读写io时给外设输出io读写信号，提供数据线和地址线与外设连接.
UART模块
简单的串行通信模块。负责控制将CPU来的8位数据并转串，然后按照异步串行通信数据格式输出，将串口来的8位串行数据串转并，并在CPU请求的时候输入给CPU。
LED模块
  通过向该控制电路写32位数据，经过译码控制共阳极的7段LED显示。32位数每半个字节控制一位7段LED，从高位到地位排列。每个LED灯显示十六进制数，从0到F。
LED0模块
LED的附属模块，一个LED灯的输出显示。
   
KEY模块
    自动扫描4×4的键盘，当有键盘按下的时候扫描键值，将键值记录到键值寄存器，然后向CPU发出中断。CPU响应中断，当CPU读出键值后，撤销中断请求。
CTC模块
定时/计数器模块。两个定时/计数器CNT0和CNT1。具有计数和定时两个功能。计数方式下可以对输入的外部脉冲进行计数，当计数到初值寄存器的值的时候，设置状态寄存器的相应位。定时方式下，在时钟作用下计时器做减1，到0的时候设置状态寄存器的相应位，并在相应的COUT脚输出一个时钟的低电平（平时COUT是高电平）。状态寄存器在被读取后被清零。
PWM模块
脉冲宽度调制模块。可以调节脉冲的频率和占空比（本模块不支持）。一个12位PWM内部一个计数器和一个对比值，计数器周而复始的加1计数，计数到0FFFH的时候转为0再计数。当计数器的值大于对比值，输出端输出低电平，否则输出高电平。
WDT模块
看门狗模块。内含一个16位定时器，系统复位后计数值为FFFFHc语言编译器ide代码编辑，之后每时钟计数值减1，当减到0的时候，向CPU发4个时钟周期的RESET信号，同时计数值恢复到FFFFH并继续计数。通过软件不断地定期写看门狗端口来复位看门狗，使计数器重新从FFFFH开始计数。增加看门狗电路后，CPU的RESET输入脚是系统复位信号和看门狗发出的复位信号的组合。
mips32模块
mips32CPU顶层模块。负责串联起CPU内各个控制、取指、执行、中断等模块。完成基于mips指令集的32位CPU功能。具有32位指令，16位地址线和32位数据线。
CountClock模块
用于串行通信UART的顶层模块。
control32模块
    控制单元模块。根据指令中的指令码（op）和功能码（funct）的不同组合输出相应的控制信号。
dmemory32模块
    存储单元模块。实际完成对数据存储器(RAM)的读写操作。
executs32模块
执行单元模块。完成逻辑运算、算术运算、移位运算、比较转移的PC值计算、比较后赋值。
idecode32模块
译码单元模块。对寄存器组进行操作。根据指令译码结果，决定向其他部件（如运算器）送1路或两路数据。
ifetc32模块
取指单元模块。到程序ROM中取指令、对PC值进行＋4处理、完成各种跳转指令的PC修改功能。
int32模块
中断模块。具有两个中断功能——中断0和中断1，中断0优先级大于中断1，不支持同级中断嵌套。将$12和$14设计为两个中断返回地址存放寄存器，分别在中断0和中断1到来的时候存放返回地址。它们分别称为$i0和$i1。
timecount模块
时钟脉冲分频模块。共分为四个脉冲，每个脉冲的频率相同，且均为系统时钟频率的4倍。不同的脉冲用以控制不同的CPU内部模块的运行。
cs138模块
译码模块。用于产生各个接口模块的片选信号。
本组设计的主要特
1、可运行指定的31条MIPS指令的RISC型MIPS32微处理器，具有32位指令，16位地址线和32数据线。
2、处理器采用哈佛结构，有独立的2KB的指令存储器和4KB的数据存储器
具有2个中断源入口，两级中断优先级。
3、键盘采用中断方式，而非扫面方式，为中断0级（最高级）。
4、2个32位定时/计数器。
5、CPU内部采用分频的方法，用不同的时钟对不同的模块进行同步控制，从而提高了主频。
6、键盘和LCD的时钟由CTC提供，初始化程序在BIOS中。
7、具有看门狗功能，通过指令对WDT进行复位。
8、MEM和IO统一编址。IO的高3位产生片选CS信号，故最多支持8个接口，低5位用来选择8个32位的端口。
9、附有类C语言编译器，详细见MIPS32编译程序使用手册。
10、提供有LCD接口电路。
11、CPU与接口之间的数据线有64条，用于CPU输出和读入数据。
12、CPU内的ROM和RAM均采用同步控制。
13、采用32位的mips汇编BIOS程序。
14、编写有RAM和内部寄存器使用规则，避免因用户随意修改RAM和寄存器内存放的值而导致的系统瘫痪。
15、规定了用户用mips汇编写代码时可用的寄存器和RAM地址空间。
16、按住键盘上的某个键，在屏幕上并不是连续显示键值，两个前后显示的键值之间会有一定的时间间隔。
17、当编译用户的C程序时，如果堆栈指针越界，编译程序会提示出错，并在LED上显示三条横线。
18、最多支持7个LED的显示。

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