计算机组成原理课程设计设计报告

1、沈阳航空工业学院 课课 程程 设设 计计 报报 告告 课程设计名称：计算机组成原理课程设计计算机组成原理课程设计 课程设计题目：crc 码生成与校验电路的设计码生成与校验电路的设计 院（系）：计算机学院 专 业：计算机科学与技术 班 级：4401102 学 号：200403011043 姓 名：丁 超 指导教师：刘泽显 完成日期：2006年12月31日 目目 录录 第第 1 章章 总体设计方案总体设计方案.1 1.1 设计原理.1 1.2 设计思路.2 1.3 设计环境.3 第第 2 章章 详细设计方案详细设计方案.4 2.1 顶层方案图的设计与实现.4 2.1.1 创建顶层图形设计文件4 2

2、.1.2 器件的选择与引脚的锁定4 2.2 功能模块的设计与实现.5 2.2.1 模 2 除法器模块的设计与实现.6 2.2.2 移位寄存器模块的设计与实现6 2.3 仿真调试.7 第第 3 章章 编程下载与硬件测试编程下载与硬件测试.10 3.1 编程下载10 3.2 硬件测试及结果分析10 参考文献参考文献.13 附附 录录 （电路图）（电路图）.14 第 1 章 总体设计方案 1.1设计原理设计原理 crc 码一般是指 n 位信息码之后拼接 k 位校验码。crc 码是一种从 n 位信 息码能简便的得到 k 位校验码，并且能从 n+k 位信息码中判断是否出错。首先输 入信息码，根据信息码由

3、多项式因子的计算公式得到相应的校验码，然后将进行 移位的信息码与得到的校验码进行拼接，即可得到正确的 crc 码。纠错即是将 收到的循环校验码用约定的生成多项式 g（x）去除，如果码字无误则余数应为 0 ，如果某一位出错，则余数不为 0，不同的位数出错余数不同，但余数与出错位 的对应关系是不变的，只与码制的生成多项式有关。在进行 crc 计算时，采用二 进制（模 2）运算法，即加法不进位，减法不借位，其本质就是两个操作数进行 逻辑异或运算。设待发送数据为 d(x),生成多项式为 g（x）.信息码长 k 位,校验 码长 n-k 位,则编码后的码长为 n 位。如图 1： 编码步骤：信息数据 d（x

4、）乘以 g（x），得到的多项式除以生成多项式 g（x）， 最终得到的余式 r（x）即为 crc 校验码。它跟在信息码后一并输出。 表表 1.1 循环校验码的出错模式循环校验码的出错模式 1.2设计思路设计思路 本次实验主要是完成(7,4)码的生成和校验。crc 码的生成电路主要有移位寄 存器和模二除法器构成,整个电路设计中,信息位以串行输入的方式传送。 crc 码的校验电路主要有移位寄存器,模 2 除法器和 3.8 译码器构成。将待检 测的循环校验码通过寄存器输入到模二除法器中求得三位余数,然后将三位余数通 过 3.8 译码器,通过比较可以找出出错位。 根据 crc 码的生成与校验原理设计电路

5、如下：电路中由移位寄存器接收数 据并进行移位，多项式因子由开关直接送入，输入数据与多项式因子通过除法器 最终生成 crc 码。校验电路的原理类似生成电路，校验电路中增加了 3-8 译码器， 3-8 译码器与异或门共同完成对信息码的的校验与纠正，最后输出校验后的信息 码。 本设计方案采用的器件有模 2 除法器，移位寄存器，3-8 译码器，与门，异 或门。 移位寄存器可以用 d 触发器模块构成,模 2 除法器可以用两输入与门模块,两 输入异或门模块和 d 触发器模块构成。 l1l2l3l4l5l6l7余数 出错 位 正确1100010000无 11000110017 11000000106 110

6、01101005 11010100114 11100101103 10000101112 错误 01000101011 1.3 设计环境设计环境 硬件环境：伟福 cop2000 型计算机组成原理实验仪、xcv200 实验板、微 机。 eda 环境：xilinx foundation f3.1 设计软件。此软件是 xilinx 公司的可编 程期间开发工具，该平台功能强大，主要用于大规模的可编程逻辑门设计。 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的设计与实现 顶层方案图实现 crc 码的生成与校验的逻辑功能，采用原理图设计输入方 式完成，电路实现基于 xcv200 可编

7、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创建顶层图形设计文件 顶层图形文件分为 2 个电路。电路一是 crc 码的生成电路,主要由移位寄存 器-u1，模 2 除法器-u2 构成。见附录图 1： 电路二是 crc 码的校验电路,主要由移位寄存器-u3，除法器-u4，3-8 译码 器，异或门集成-u5，u6 构成。见附录图 2： 2.1.2 器件的选择与引脚锁定器件的选择与引脚锁定 （1）器件的选择）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 xcv20

8、0 实验板，故采用的目标芯片为 xlinx xcv200 软件中可用芯片。 （2）引脚锁定）引脚锁定 把顶层图形文件中的输入/输出信号安排到 xlinx xcv200 芯片指定的引脚上 去，实现芯片的引脚锁定，各信号及 xlinx xcv200 芯片引脚对应关系如表 2.1 所 示。 表表 2.1 信号和芯片引脚对应关系信号和芯片引脚对应关系 图形文件中的输入图形文件中的输入/输出信号输出信号xcv200 芯片引脚芯片引脚 n97 w96 clock213 vcc95 g0100 g1101 g2102 g3103 l1152 l2178 l3184 l4185 l5203 l6111 l71

9、10 t193 t299 t3107 t4108 t5109 t6124 t7125 2.2 功能模块的设计与实现功能模块的设计与实现 crc 码的生成与校验是基于移位寄存器和模 2 除法器及异或门实现的。 2.2.1 模模 2 除法器的设计与实现除法器的设计与实现 （1）功能模块图形）功能模块图形 模 2 除法器原理框图如图 2.21 所示，此模 2 除法器由 d 触发器和异或门构 成。模二除法器的数据输入端为 d1 的输入端,d1,d2,d3,d4 的输入端 g0,g1,g2,g3 输入给定的生成多项式 d2,d3,d4 的输出端 q2,q3,q4 分别输出三位 余数,余数表示位 q4q3

10、q2。其设计过程如下: 图图 2.21 模模 2 除法器的原理框图除法器的原理框图 2.2.2 移位寄存器的设计与实现移位寄存器的设计与实现 （1）功能模块图形）功能模块图形 移位寄存器的原理框图如图 2.22 所示，此移位寄存器由 8 个 d 触发器相连 接构成。 图图 2.22 移位寄存器的原理框图移位寄存器的原理框图 2.3 仿真调试仿真调试 仿真调试主要验证设计电路逻辑功能、时序的正确性，本设计中主要采用功 能仿真方法对设计的电路进行仿真。 （1）建立仿真波形文件及仿真信号选择）建立仿真波形文件及仿真信号选择 功能仿真时，首先建立仿真波形文件，选择仿真信号，对选定的输入信号设 置参数，

11、选定的仿真信号和设置的参数如表 2.2 所示。仿真时 n 输入信息码 1100010,w 输入循环校验码 1100010,g0,g1,g2,g3 输入生成多项式 1011,vcc恒为 1,选定的仿真信号和设置的参数如表 2.2 所示： 表表 2.2 仿真信号选择和参数设置仿真信号选择和参数设置 输入信号输入信号输出信号输出信号输出信号输出信号 nwclockl1l2l3l4l5l6l7t1t2t3t4t5t6t7 111 111 001 001 011 111 001 注注:vcc 恒为 1 clock 上升沿有效 （2）功能仿真结果与分析）功能仿真结果与分析 功能仿真波形结果如图 2.2 所

12、示，仿真数据结果如表 2.3 所示。对表 2.3 与表 1.1 的内容进行对比，可以看出功能仿真结果是正确的，进而说明电路设计的正 确性。 图图2.2 功能仿真波形结果功能仿真波形结果 表表 2.3 仿真数据结果仿真数据结果 nwclockl1l2l3l4l5l6l7t1t2t3t4t5t6t7 11110000000000000 11111000000001011 00101100000010110 00100110000011101 01101011000111010 11111101101110100 00111000101100010 注注:vcc 恒为 1 clock 上升沿有效 输

13、入信息码为：1100010，生成多项式为：1011，应用模二除法器可以求出 三位余数为 010 然后把余数和信息码拼接可以得到 crc 编码为：1100010 输入的循环的校验码为：1100110，生成多项式位：1011，可以求得三位余 数位 010 因为余数有一位不为 0，可以判断出该循环校验码是错的。通过修改可 输出正确的 crc 编码 1100010，由图 2.4 的仿真图和表 2.3 的仿真数据结果可以 看出，输出的 crc 编码为 1100010 和修改之后循环校验码 1100010。 第 3 章 编程下载与硬件测试 3.1 编程下载编程下载 利用 xilinx foundation

14、 f3.1 的编程下载功能，将得到的*.bit 文件下载到 xcv200 实验板的 xcv200 可编程逻辑芯片中。 3.2 硬件测试及结果分析硬件测试及结果分析 利用 xcv200 实验板进行硬件功能测试。 crc 码生成和校验的输入数据通过 xcv200 实验板的输入开关实现，输出数 据通过 xcv200 实验板的 led 指示灯实现，其对应关系如表 3.1 所示。 表表 3.1 xcv200 实验板信号对应关系实验板信号对应关系 利用表 2.2 中的输入参数作为输入数据，逐个测试输出结果，即用 xcv200 实验板的开关组 k0 中的 1，2，3，4，5，6，7 输入数据，同时观察发光二

15、极管 组 l7-l1 和发光二极管 t7-t1 的输出，得到如表 3.2 所示的硬件测试结果。 xcv200 芯片引芯片引 脚信号脚信号 xcv200 实验板实验板xcv200 芯片引芯片引 脚信号脚信号 xcv200 实验板实验板xcv200 芯片引芯片引 脚信号脚信号 xcv200 实验板实验板 nk0:5l1n0t1w0 wk0:6l2n1t2w1 clockclockl3n2t3w2 g0k0:1l4n3t4w3 g1ko:2l5n4t5w4 g2k0:3l6n5t6w5 g3k0:4l7n6t7w6 表表 3.2 硬件测试结果硬件测试结果 由表 3.2 和表 2.3 比较可以看出硬件

16、测试结果是正确的，说明电路设计完 全正确。其硬件测试最后结果如图 3.1 所示： 输入信号输入信号输出信号输出信号输出信号输出信号 k0:5k0:6l1l2l3l4l5l6l7t1t2t3t4t5t6t7 1110000001000000 1111000001100000 0001100000110000 0010110001011000 0101011000101100 1100101100010110 0011000101100010 图图 3.1 硬件测试硬件测试 参考文献 1 曹昕燕. eda 技术实验与课程设计m.北京：清华大学出版社，2006 2 范延滨.微型计算机系统原理、接口与

17、 eda 设计技术m.北京：北京邮电大学 出版社，2006 3 爱英.计算机组成与结构(第 4 版)m.北京：清华大学出版社，2006 4潘松，黄继业.eda 技术使用教程.北京：科学出版社，2002 5胡越明.2002.计算机组成与系统结构.北京：电子工业出版社 6王炜.2006.计算机组成与设计实验教程.北京：科学出版社 附 录（电路原理图） 图图 1 crc 码生成电路图码生成电路图 图图 2 crc 码校验电路图码校验电路图 图图 3 crc 码生成电路底层电路结构码生成电路底层电路结构 图图 4 crc 码校验电路底层电路结构码校验电路底层电路结构 课程设计总结：课程设计总结： 1刚

18、进入实验室时对微机中的 xilinx 软件环境掌握不够熟悉，不能熟 练的应用 xilinx 软件进行电路的连接，后经过老师的细心讲解，终 于对 xilinx 软件有了很好的掌握能力，能够熟练的应用 xilinx 软件 进行电路的接。在连接电路过程中出现很多问题，如器件的选择， 管脚的锁定等都出现很多错误，在老师和同学的指导下，顺利的解 决了这些问题，并且在老师的指导下对未封装的电路进行了封装， 顺利的完成了电路的连接。该电路能够实现所需功能。 2本电路可以实现 crc 码的生成与校验。 3两周的课程设计结束了，在这两周中收获非常多。虽然课程设计题 目只有一个，但在这一个题目中学到了很多课堂上学

19、不到的专业知 识。经过这次课设，我对书本的知识有了更进一步的理解，锻炼了 我的动手能力，使我的能力有很大的提高。为将来参加实际工作奠 定了良好的基础。 指导教师评语： 指导教师(签字)： 年 月 日 课程设计成绩 袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿

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23、蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀

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25、 薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁

26、聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁

27、螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈 螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈

28、蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈肀膁薀蚇螀莆蒆螆袂腿莂螅羄莅芈螅膇膈蚆螄袆羀薂螃罿芆蒈螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁螂肁聿莄螁螁芄芀螀袃肇蕿衿羅节蒅衿肈肅莁袈螇芁莇袇羀膄蚅袆肂荿薁袅膄膂蒇袄袄莇莃蒁羆膀艿薀肈莆薈蕿螈膈蒄薈袀莄蒀薇肃芇莆薇膅肀蚅薆袅芅薁薅羇肈蒇薄聿芃莃蚃蝿肆芈蚂袁节薇蚁羄肄薃蚁膆莀葿蚀袅膃莅虿羈莈芁蚈