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1. 实验目标
设计一个能实现如下功能的4位带符号位的 补码 ALU：
| 功能选择 | 功能 | 操作 |
|---|---|---|
| 000 | 加法 | A+B |
| 001 | 减法 | A-B |
| 010 | 取反 | Not A |
| 011 | 与 | A and B |
| 100 | 或 | A or B |
| 101 | 异或 | A xor B |
| 110 | 比较大小 | If A<B then out=1; else out=0; |
| 111 | 判断相等 | If A==B then out=1; else out=0; |
ALU进行加减运算时，需要能够判断结果是否为0，是否溢出，是否有进位等。这里，输入的操作数A和B都已经是补码。比较大小请按带符号数的方式设置。
执行逻辑操作时不需要考虑overflow和进位。
由于开发板上输入有限，可以使用SW作为数据输入，button作为选择端。使用SW作选择器。
2. 通过实验的收获
1. 理解ALU 功能单元单元
2. 理解进位和溢出位的区别。进位是加法器每个比特相加过程中的中间结果。而溢出位是最终结果用来判断计算结果是否有效的指示信息。
3. 如何通过C代码读取硬件模块中的值
3. 实现过程
1. 新增 alu_bit4.v 模块文件
利用组合逻辑实现计算，利用case语句实现对溢出位的判断。下面是实验中的部分代码。
// 预计算所有可能的操作结果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}; // 扩展为5位进行加法assign sub_result = {1'b0, A} - {1'b0, B}; // 扩展为5位进行减法// 根据opcode选择执行的操作always @(*) begincase (opcode)3'b000: begin // 加法result = add_result[3:0];carry = add_result[4]; // 进位为最高位overflow = (A[3] == B[3]) && (result[3] != A[3]); // 符号相同但结果符号不同end3'b001: begin // 减法result = sub_result[3:0];carry = ~sub_result[4]; // 减法的借位取反overflow = (A[3] != B[3]) && (result[3] != A[3]); // 符号不同但结果符号异常end2.修改top.v文件
例化ALU模块，同时将计算结果的变量添加到输出端口，方便main.cpp进行访问
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, //实验三：简易4bit ALUoutput zero, //实验三：简易4bit ALUoutput overflow,//实验三：简易4bit ALUoutput carry //实验三：简易4bit ALU
);//实验三：简易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
添加对输出结果的打印
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.运行结果
SW[3:0] 为输入A
SW[7:4] 为输入B
SW[10:8] 为计算选择器
在npc目录下 ，运行make run 可以实验体验
下图位一个 6-2 的实验输出
