前进律动者———PC计数器

介绍

我们要写的程序在编译器便后成为了一串串cpu指令集存在ram中，我们需要一个计数器产生地址数据给ram寄存器从而取出指令，这个计数器就是PC(program counter)寄存器，简称程序计数器。

引脚介绍

  • clk 时钟信号线，决定了cpu的频率
  • reset 复位信号，高脉冲后计数器归零
  • model_sel 0为步进模式1为擦写模式
  • load_alue 擦写模式时载入的值
  • pc 向ram输出地址

功能介绍

PC计数器有两个模式，步进模式和擦写模式，步进模式下，PC计数器在时钟上升沿时加一，擦写模式下，PC计数器在时钟上升沿时被载入load_value。向ram输出地址值

代码实现

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module pc_counter(
    input reg clk,          // 时钟信号线，决定了CPU的频率
    input reg reset,        // 复位信号，高脉冲后计数器归零
    input reg model_sel,    // 模式选择，0为步进模式，1为擦写模式
    input reg [7:0] load_value, // 擦写模式时载入的值
    output reg [7:0] pc     // 向RAM输出的地址
);

// 在时钟上升沿和/或复位信号的上升沿发生时，根据模式选择信号更新PC的值
always @(posedge clk or posedge reset) begin
    if (reset) begin
        pc <= 8'b0;  // 复位信号激活时，PC归零
    end else if (model_sel) begin
        pc <= load_value; // 如果处于擦写模式，PC更新为load_value
    end else begin
        pc <= pc + 1; // 步进模式，PC按顺序递增
    end
end
endmodule

测试代码

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`timescale 1ns / 1ps

module pc_counter_tb;

// Inputs
reg clk;
reg reset;
reg model_sel;
reg [7:0] load_value;

// Output
wire [7:0] pc;

initial begin
    // 初始化
    clk = 0;
    reset = 0;
    model_sel = 0;
    load_value = 0;

    // 模拟复位
    #10 reset = 1; #10 reset = 0;

    // 步进模式测试
    #20 model_sel = 0;
    
    // 模拟几个时钟周期
    #100;

    // 擦写模式测试，载入值为55
    #10 model_sel = 1; load_value = 8'd55;
    #10 model_sel = 0; // 切换回步进模式
    
    // 继续模拟时钟周期
    #100;
    
    // 模拟结束
    #10 $finish;
end

// 产生时钟信号
always #5 clk = !clk;

endmodule

// 实例化PC计数器模块
pc_counter uut (
    .clk(clk), 
    .reset(reset), 
    .model_sel(model_sel), 
    .load_value(load_value), 
    .pc(pc)
);


结语

PC计数器的频率决定了整个cpu的频率，并且与判决器相连实现的跳转功能。

整点二次元

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