verilog实现的16位CPU单周期设计
这个工程完成了16位CPU的单周期设计，模块化设计，包含对于关键指令的仿真与设计，有包含必要的分析说明。
单周期CPU结构图
单周期CPU设计真值表与结构图
该CPU用到的指令集,16位8个通用寄存器
设计思路
Instruction Memory：
输入8位的PC指令，输出对应内存的16位指令
Control Unit
输入16位的指令，根据真值表，输出对应结果
Register File
输入三个地址和写入内容，写入信号，输出两个地址对应的内容
由于单周期内不能一边读一边写，故有一个时钟信号，通过一级缓存，在下一个时钟信号来临时立即写入内存
ALU
输入运算数和指令，输出运算结果以及标志位
由于单周期内，标志位并不在当前周期而在下一周期使用，故增加时钟信号，通过一级缓存，在下一个周期时判断使用
Data Memory
输入一个地址，写入内容和写入信号，输出读取内容
由于单周期内不能一边读一边写，故有一个时钟信号，通过一级缓存，在下一个时钟信号来临时立即写入内存
PC-NextPC
根据分支指令，跳转指令和标志位的组合逻辑，决定PC是+1还是到某目标位置
实验结果
RTL图
Testbench内容
在test中，通过每隔50个ns，时钟取反一次，CPU通过一次时钟的上升沿计算一个周期，通过输出用到的通用寄存器和用到的datamemory里面的变量来观察整个CPU的流程结果，测试CPU是否正确工作
Instruction Memory:
指令0：gr1原本初始化时为0，把gr1加上一个立即数18，gr1为18（0012）
指令1：gr2原本初始化时为0，把gr2加上一个高八位1，gr2为256（0100）
指令2：从gr1和gr2中取值相加，结果保存在gr3中，gr3应为274（0112）
指令3：把gr3的值保存到datamemory中的dm0，dm0为274（0112）
指令4：gr1的值为18，减去一个立即数2，gr1为16（0010）
指令5：gr2的值为256，加上一个高八位立即数0，结果不变为256（0100）
指令6：从gr1和gr2中取值相加，结果保存在gr3中，gr3应为272（0110）
指令7：把gr3的值保存到datamemory中的dm1，dm1为272（0110）
指令8：从dm0中取值到gr1中，gr1为274（0112）
指令9：从dm1中取值到gr2中，gr2为272（0110）
指令10：从gr1和gr2中取值相减，结果保存在gr3中，gr3应为2（0002）
指令11：把gr3的值保存到datamemory中的dm2，dm2为2（0002）
指令12：跳转指令，PC跳转到第14条指令
指令13：该指令不被执行，如gr1中出现274+171=445（01BD）则出错
指令14：从gr1和gr2中取值与操作，结果保存在gr3中，gr3应为272（0110）
指令15：把gr3的值保存到datamemory中的dm3，dm3为272（0110）
指令16：把gr1的值置为0
指令17：把gr1的值置为1
指令18：把gr1的值算术左移两位保存在gr3中，gr3为4
指令19：把gr3的值保存到datamemory中的dm4，dm4为4（0004）
指令20：把gr3和gr3相减让ZF标志位为1
指令21：因为ZF标志位为1，所以跳转到指令12，循环执行，如PC的值大于21，则出错
实验结果：
结果分析：
1) 指令0~3，测试立即数加法和加法，计算18(0012)+256(0100)=274(0112)，得到0112存储在dm0上。√
2) 指令4~7，测试立即数减法和加法，计算18-2(0010)+256(0110)=272(0110)，得到0110存储在dm1上。√
3) 指令8~11，测试减法和读取写入，计算274(0112)-272(0110)=2(0002)，得到0002存储在dm2上。√
4) 指令12~15，测试跳转指令和位操作指令，PC值从0c跳转到0e把274(100010010)和272(100010000)与操作得到272(1000100010)[0110]存储在dm3上。√
5) 指令16~19，测试移位指令，将1(0001)左移2位得到4(0004)存储在dm4上。√
6) 指令
