【摘 要】
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计算机组成原理是计算机类相关的一门重要的专业基础课,由理论和实验两部分组成,控制器的设计实验是理论知识应用的重要环节,在传统的教学实验中学生只能通过实验箱观察实验结果,不能便捷地看到设计中存在的问题,如果在实验环节增加调试系统可以帮助学生看到模型机内部的数据变化过程,发现组件、数据通路和控制器设计中存在的问题。RISC-V指令集架构短小精悍,编码规范,解决了以往指令集中存在的问题,RV32I是RI
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计算机组成原理是计算机类相关的一门重要的专业基础课，由理论和实验两部分组成，控制器的设计实验是理论知识应用的重要环节，在传统的教学实验中学生只能通过实验箱观察实验结果，不能便捷地看到设计中存在的问题，如果在实验环节增加调试系统可以帮助学生看到模型机内部的数据变化过程，发现组件、数据通路和控制器设计中存在的问题。RISC-V指令集架构短小精悍，编码规范，解决了以往指令集中存在的问题，RV32I是RISC-V指令集中的核心。因此，本文基于RV32I设计并实现了一个教学模型机。
本文首先介绍了使用Verilog HDL在Vivado开发软件上基于RISC-V指令集设计了单周期和多周期两种类型的模型机的过程，包括模型机数据通路和控制器的设计。接着设计了调试系统，在实现模型机基本功能的基础上增加了调试接口，通过状态控制模块和调试软件通信实现对模型机的控制和调试。状态控制模块控制模型机的工作状态和调试模式；调试软件的功能包括发送调试命令、接收模型机运行过程中的数据并显示在PC端。调试软件使用C++语言在QT开发环境下编译完成。文中给出了样例程序在模型机中的仿真结果，功能仿真结果表明样例程序在模型机中能够正确执行，最后说明了在Nexys4DDR FPGA开发板上通过样例程序对模型机进行测试的过程，结果表明状态控制模块和调试软件可以对模型机进行调试。
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