存储器设计

*************课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：存储器设计院（系）：***********专业：***********班级：***********学号：***********姓名：***********指导教师：***********完成日期：**********************课程设计报告-I-目录第1章总体设计方案..................................................................................................11.1设计原理................................................................................................................11.2设计思路................................................................................................................11.3设计环境.................................................................................................................2第2章详细设计方案..................................................................................................52.1顶层方案图的设计与实现..................................................................................52.1.1创建顶层图形设计文件..................................................................................52.1.2器件的选择与引脚锁定..................................................................................52.1.3编译、综合、适配..........................................................................................62.2功能模块的设计与实现......................................................................................62.2.1RAM256*1存储器模块的设计与实现..........................................................72.2.2RAM1K*1存储器模块的设计与实现...........................................................82.2.3RAM1K*4存储器模块的设计与实现.........................................................102.2.4RAM4K*4存储器模块的设计与实现..........................................................112.3仿真调试............................................................................................................13第3章编程下载与硬件测试....................................................................................153.1编程下载............................................................................................................153.2硬件测试及结果分析........................................................................................15参考文献........................................................................................................................18附录（电路原理图）....................................................................................................19***********课程设计报告-1-第1章总体设计方案1.1设计原理当一片RAM(或ROM)不能满足存储容量位数(或字数)要求时，需要多片存储芯片进行扩展，形成一个容量更大、字数位数更多的存储器。扩展方法根据需要有位扩展、字扩展和字位同时扩展3种。（1）位扩展若一个存储器的字数用一片集成芯片已经够用，而位数不够用，则用“位扩展”方式将多片该型号集成芯片连接成满足要求的存储器。扩展的方法是将多片同型号的存储器芯片的地址线、读/写控制线(WR)和时钟信号相应连在一起，而将其数据线分别引出接到存储器的数据总线上。（2）字扩展若每一片存储器的数据位数够而字线数不够时，则需要采用“字线扩展”的方式将多片该种集成芯片连接成满足要求的存储器。扩展的方法是将各个芯片的数据线、地址线和读写(WR)控制线分别接在一起，用译码器和时钟信号选择集成芯片。（3）字、位同时扩展在很多情况下，要组成的存储器比现有的存储芯片的字数、位数都多，需要字位同时进行扩展。扩展时可以先计算出所需芯片的总数及片内地址线、数据线的条数，再用前面介绍的方法进行扩展，先进行位扩展，再进行字扩展。1.2设计思路用1K×4位的RAM集成芯片若干片，构成一个8k×8位的RAM需要RAM的片数=(8k×8位)/(1k×4位)=16(片)因为1K×4位的RAM容量1024×8位，表明片内字数1024=210，所以地址线有10条，即(A0～A19)，每字4位，数据线有4条(D0～D3)。而存储容量为8K×8位的RAM，即字数8K=213，所以地址线有13条，即(A0～***********课程设计报告-2-A12)，每字8位，数据线有8条(D0～D7)。存储器的底层、顶层的设计都采用原理图设计输入方式，经编译、调试后形成*.bit文件并下载到XCV200可编程逻辑芯片中，经硬件测试验证设计的正确性。存储器的设计框图如图1.1所示。图1.1存储器的设计框图1.3设计环境（1）硬件环境•伟福COP2000型计算机组成原理实验仪COP2000计算机组成原理实验系统由实验平台、开关电源、软件三大部分组成实验平台上有寄存器组R0-R3、运算单元、累加器A、暂存器B、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展座、总线插孔区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、20个按键、字符式LCD、RS232口。COP2000计算机组成原理实验系统各单元部件都以计算机结构模型布局，清晰明了，系统在实验时即使不借助PC机，也可实时监控数据流状态及正确与否,实验系统的软硬件对用户的实验设计具有完全的开放特性，系统提供了微程序控制器和组合逻辑控制器两种控制器方式，系统还支持手动方式、联机方式、模拟方式三种工作方式，系统具备完善的寻址方式、指令系统和强大的模拟调试功能。（2）EDA环境8K×8位的RAM存储器4K×4位的RAM存储器1K×4位的RAM存储器1K×1位的RAM存储器256×1位的RAM存储器***********课程设计报告-3-•Xilinxfoundationf3.1设计软件Xilinxfoundationf3.1是Xilinx公司的可编程期间开发工具，该平台（如图1.2所示）功能强大，主要用于百万逻辑门设计。该系统由设计入口工具、设计实现工具、设计验证工具三大部分组成。设计入口工具包括原理图编辑器、有限状态机编辑器、硬件描述语言（HDL）编辑器、LogiBLOX模块生成器、Xilinx内核生成器等软件。其功能是：接收各种图形或文字的设计输入，并最终生成网络表文件。设计实现工具包括流程引擎、限制编辑器、基片规划器、FPGA编辑器、FPGA写入器等软件。设计实现工具用于将网络表转化为配置比特流，并下载到器件。设计验证工具包括功能和时序仿真器、静态时序分析器等，可用来对设计中的逻辑关系及输出结果进行检验，并详尽分析各个时序限制的满足情况。图1.2Xilinxfoundationf3.1设计平台•COP2000集成调试软件COP2000集成开发环境是为COP2000实验仪与PC机相连进行高层次实验的配套软件，它通过实验仪的串行接口和PC机的串行接口相连，提供汇编、反汇编、编辑、修改指令、文件传送、调试FPGA实验等功能，该软件在Windows***********课程设计报告-4-下运行。COP2000集成开发环境界面如图1.3所示。图1.3COP2000计算机组成原理集成调试软件***********课程设计报告-5-第2章详细设计方案2.1顶层方案图的设计与实现顶层方案图实现存储器的输入/输出逻辑功能，采用原理图设计输入方式完成，电路实现基于XCV200可编程逻辑芯片。在完成原理图的功能设计后，把输入/输出信号安排到XCV200指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定。2.1.1创建顶层图形设计文件顶层图形文件的设计实体主要由四个RAM4K*4模块组装而成的一个完整的可编程逻辑芯片U39。而以上顶层图形文件的设计可利用Xilinxfoundationf3.1中逻辑器件实现，顶层图形文件结构如图2.1所示。图2.18K*8存储器的设计图形文件结构2.1.2器件的选择与引脚锁定（1）器件的选择由于硬件设计环境是基于伟福COP2000型计算机组成原理实验仪和XCV200实验板，故采用的目标芯片为XilinxXCV200可编程逻辑芯片。***********课程设计报告-6-（2）引脚锁定把顶层图形文件中的输入/输出信号安排到XilinxXCV200芯片指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定，各信号及XilinxXCV200芯片引脚对应关系如表2.1所示。表2.1信号和芯片引脚对应关系图形文件中的输入/输出信号XCV200芯片引脚信号WEP103D0P102D1P101D2P100D3P97WCLKP213A0P96A1P95A2P94A3P87A4P86A5P85A6P84A7P82A8P81A9P80A10P79A11P73O0P110O1P111O2P203O3P1852.1.3编译、综合、适配利用Xilinxfoundationf3.1的原理图编辑器对顶层图形文件进行编译，并最终生成网络表文件，利用设计实现工具经综合、优化、适配，生成可供时序仿真的文件和器件下载编程文件。2.2功能模块的设计与实现存储器的底层设计包括RAM256*1存储器模块、RAM1K*1存储器模块、RAM1K*4存储器模块。***********课程设计报告-7-2.2.1RAM256*1存储器模块的设计与