1. 實驗目標
設計一個能實現如下功能的4位帶符號位的?補碼?ALU：
| 功能選擇 | 功能 | 操作 |
|---|---|---|
| 000 | 加法 | A+B |
| 001 | 減法 | A-B |
| 010 | 取反 | Not A |
| 011 | 與 | A and B |
| 100 | 或 | A or B |
| 101 | 異或 | A xor B |
| 110 | 比較大小 | If A<B then out=1; else out=0; |
| 111 | 判斷相等 | If A==B then out=1; else out=0; |
ALU進行加減運算時，需要能夠判斷結果是否為0，是否溢出，是否有進位等。這里，輸入的操作數A和B都已經是補碼。比較大小請按帶符號數的方式設置。
執行邏輯操作時不需要考慮overflow和進位。
由于開發板上輸入有限，可以使用SW作為數據輸入，button作為選擇端。使用SW作選擇器。
2. 通過實驗的收獲
1. 理解ALU 功能單元單元
2. 理解進位和溢出位的區別。進位是加法器每個比特相加過程中的中間結果。而溢出位是最終結果用來判斷計算結果是否有效的指示信息。
3. 如何通過C代碼讀取硬件模塊中的值
3. 實現過程
1. 新增?alu_bit4.v 模塊文件
利用組合邏輯實現計算，利用case語句實現對溢出位的判斷。下面是實驗中的部分代碼。
// 預計算所有可能的操作結果assign not_A = ~A;assign and_result = A & B;assign or_result = A | B;assign xor_result = A ^ B;assign add_result = {1'b0, A} + {1'b0, B}; // 擴展為5位進行加法assign sub_result = {1'b0, A} - {1'b0, B}; // 擴展為5位進行減法// 根據opcode選擇執行的操作always @(*) begincase (opcode)3'b000: begin // 加法result = add_result[3:0];carry = add_result[4]; // 進位為最高位overflow = (A[3] == B[3]) && (result[3] != A[3]); // 符號相同但結果符號不同end3'b001: begin // 減法result = sub_result[3:0];carry = ~sub_result[4]; // 減法的借位取反overflow = (A[3] != B[3]) && (result[3] != A[3]); // 符號不同但結果符號異常end2.修改top.v文件
例化ALU模塊，同時將計算結果的變量添加到輸出端口，方便main.cpp進行訪問
module top(input clk,input rst,input [4:0] btn,input [15:0] sw,input ps2_clk,input ps2_data,input uart_rx,output uart_tx,output [15:0] ledr,output VGA_CLK,output VGA_HSYNC,output VGA_VSYNC,output VGA_BLANK_N,output [7:0] VGA_R,output [7:0] VGA_G,output [7:0] VGA_B,output [7:0] seg0,output [7:0] seg1,output [7:0] seg2,output [7:0] seg3,output [7:0] seg4,output [7:0] seg5,output [7:0] seg6,output [7:0] seg7,output [3:0] result, //實驗三：簡易4bit ALUoutput zero, //實驗三：簡易4bit ALUoutput overflow,//實驗三：簡易4bit ALUoutput carry //實驗三：簡易4bit ALU
);//實驗三：簡易4bit ALU// output declaration of module alu_4bitalu_4bit u_alu_4bit(.A (sw[3:0] ),.B (sw[7:4] ),.opcode (sw[10:8] ),.result (result ),.zero (zero ),.overflow (overflow ),.carry (carry )
);
3.修改main.cpp 文件
添加對輸出結果的打印
printf("A = %d,B = %d ,opcode = %b, result = %3d ,zero = %d ,overflow = %d ,carry = %d \n",top->sw & 0x0f,(top->sw >> 4) & 0x0f,(top->sw >> 8) & 0x07, top->result, top->zero, top->overflow, top->carry);
4.運行結果
SW[3:0] 為輸入A
SW[7:4] 為輸入B
SW[10:8] 為計算選擇器
在npc目錄下 ，運行make run 可以實驗體驗
下圖位一個 6-2??的實驗輸出
