如何做到一个周期得出结果呢？

答案是巧妙地利用时钟上升沿和下降沿，将同步控制和异步控制相结合。

异步控制 PC~instruction~RsRt~reg.XY~alu.Res:instruction是根据PC异步变化的，即PC改变后立即取出新指令。解析instruction中的Rs、Rt、Rd是通过assign实现与instruction同时变化。从寄存器中读取数据这一操作是随地址异步变化的，得到RsRt后立即在通用寄存器中进行读取。ALU也是逻辑电路，在得到操作数后立即得到结果。

同步控制：fileout，RF_W：输出结果是在testbench模块中时钟上升沿发生的，PC是在CPU的Controller时钟上升沿增加的。

那么，我们如何建立模型实现单周期CPU呢？

首先，什么是MIPS指令？我们在用MIPS编程时，写的是汇编语言。但是计算机不能识别汇编语言，只能识别机器语言。MIPS编译器Mars就可以将汇编语言编译成机器语言。编译的依据就是下面的指令格式表。我们要做的就是根据这样一个32位的二进制序列做为指令完成它所描述的一系列操作。

所以，需要弄懂要实现的指令的结构。MIPS有R型指令（只在寄存器中操作的指令），I型指令（含有立即数immediate的指令）和J型指令（jump跳转指令）。每种指令有不同的格式，每条指令有不同的op和func码以区分。

指令执行流程：

指令ID解析

为提高可读性，需要将每条指令不同的op和func码和指令对应起来。

方法一：可设置31个变量，如wire add_,sub_等，代表是不是这条指令。优点是可读性高，缺点是不易在模块间传输。

方法二：可设置1个31位变量区分不同指令，如000000000000000000000000000001代表add，000000000000000000000000000010代表sub等。优点是便于传参，缺点是可读性较低，且增加指令不易。

可选择将CPU模块调用和controller写在一起避免模块传输（不过计算机真正设计是分开的），更好的方法是用方法二改进方法一，在模块传输是写一个31位变量接口funcID，并且使其每位分别代表一个指令。

地址解析

为在一个时钟周期得到结果，采用组合逻辑设计，故这些变量都要采用assign赋值。对于不同种类的指令需调整如何赋值，根据指令ID通过？：实现。

指令格式

模块设计

计算机的基本组成:

存储器:　　　　　实现记忆功能的部件用来存放计算程序及参与运算的各种数据
运算器:　　　　　负责数据的算术运算和逻辑运算即数据的加工处理
控制器:　　　　　负责对程序规定的控制信息进行分析,控制并协调输入,输出操作或内存访问
输入设备:　　　　实现计算程序和原始数据的输入
输出设备:　　　　实现计算结果输出

我们主要需要实现的是前三项。

存储器有数据存储器和指令存储器，分别构建module DMEM IMEM 。

CPU内有运算器和控制器，控制器的功能在于控制运算器和其他模块（乘法器除法器中断处理器等），传入正确数据。（本例将CPU和Controller写在了一起，实际分开更好）

如何载入指令进行测试？

IMEM模块用于根据pc读取instruction。在其中添加ROM IP核，设置为16进制1024*32，载入要执行的coe文件。

如何获取coe文件? 下载MARS（MIPS汇编程序和运行时模拟器），写入程序导出为16进制文件，再在该16进制文件前添加

memory_initialization_radix = 16;

memory_initialization_vector =

如何调试程序？

首先，先静态纠错。将每条指令过一遍，检查模块的接口及数据位数。

然后再指令memory的IP核中载入待测试的coe文件，进行仿真，将每次指令变化后的pc、instruction、寄存器结果输出，与Mars的结果比对。

如果发现某条指令错误，将相关的变量在testbench中显示调用，在仿真的波形图中就可以看到了。显示调用方式如下：

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