[发明专利]一种计算机组成与系统结构的虚拟实验平台及其实现方法

摘要

本发明公开了本发明提出的一种计算机组成与系统结构的虚拟实验平台，包括：仿真芯片工具箱模块、功能部件设计管理模块、仿真功能部件器件库模块、整机设计管理模块和仿真模型机任务管理模块；仿真芯片工具箱模块用于实现对芯片的设计；功能部件设计管理模块中包含的生成功能部件设计管理模块可从芯片器件库中调用m个芯片，并根据计算机组成与体系结构把芯片拼接生成功能部件设计配置文件；仿真功能部件器件库模块用于存储通过加载功能部件设计配置文件生成的仿真功能部件。本发明从最小的功能单元芯片着手，实现了虚拟仿真实验平台的逻辑器件库及系统的仿真引擎构建。

主权项

1.一种计算机组成与系统结构的虚拟实验平台，所述计算机包括：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备、通用寄存器、数据寄存器、地址寄存器、指令寄存器、时序脉冲发生器、数据通路；其特征在于，包括：仿真芯片工具箱模块、功能部件设计管理模块、整机设计管理模块；仿真芯片工具箱模块包括：芯片管理模块，用于创建芯片工具箱配置文件，并添加和修改芯片工具箱配置文件，所述芯片工具箱配置文件包含n个仿真芯片属性，所述仿真芯片属性包括：仿真芯片的名称、仿真芯片的所属类型、各种引脚名称、引脚数量、引脚坐标属性和实现芯片功能的功能表，所述引脚名称和所述引脚坐标属性共同定义仿真芯片引脚，所述仿真芯片引脚根据完成功能的特性可分为数据输入引脚、数据输出引脚、控制信号输入引脚和控制信号输出引脚；芯片存储模块，包括芯片器件库，用于加载芯片工具箱配置文件，从而生成n个仿真芯片，并根据芯片工具箱配置文件中n个仿真芯片的所属类型将所述n个仿真芯片分别存储到所述芯片器件库中；芯片任务管理模块，用于对仿真芯片的数据输入、数据运算和数据输出进行管理，所述仿真芯片包含芯片事件信息存储模块、芯片事件信息输入模块、芯片事件信息修改模块、芯片事件信息输出模块和芯片事件信息显示模块，仿真芯片上数据输入引脚用于接收与其相连的其他仿真芯片上的数据输出引脚中的输出数据，根据芯片属性中的引脚坐标属性信息接收相应位置的输入数据，由芯片事件信息输入模块获取并存储到芯片事件信息存储模块中，供芯片事件信息输出模块、芯片事件信息修改模块和芯片事件信息显示模块读取，仿真芯片上的数据输出引脚用于发送仿真芯片的芯片事件信息输出模块中的数据，根据芯片属性信息中的引脚坐标属性信息发送相应位置的输出数据；功能部件设计管理模块包括：定义仿真运算器、仿真控制器、仿真存储器、仿真输入设备、仿真输出设备、仿真通用寄存器、仿真数据寄存器、仿真地址寄存器、仿真指令寄存器和仿真时序脉冲发生器为仿真功能部件；生成功能部件设计管理模块，根据所述计算机组成与体系结构，从芯片器件库中调用m个仿真芯片，并将这m个仿真芯片进行拼接，组成一种所述仿真功能部件，生成功能部件设计配置文件，并设置和保存所述功能部件设计配置文件，所述功能部件设计配置文件包含仿真功能部件所属类型、所有m个仿真芯片的芯片连接状态属性，其中通过一条多接口排线将仿真芯片引脚相连的每两个仿真芯片具有一个芯片连接状态属性，每个所述芯片连接状态属性包含通过多接口排线将仿真芯片引脚相连的两个仿真芯片的名称、各种引脚的名称、引脚数量、引脚的坐标属性和这两个仿真芯片连接在多接口排线上的起始位置引脚和多接口排线的占据引脚宽度；功能部件存储模块，包含功能部件器件库，用于存储通过加载功能部件设计配置文件生成的仿真功能部件和仿真功能寄存器，通过加载功能部件设计配置文件获取所述m个仿真芯片的所述芯片连接状态属性，从而生成仿真功能部件和仿真功能寄存器并按照类别进行分类存储管理；仿真功能部件任务管理模块，通过加载仿真功能部件设计配置文件生成仿真功能部件和仿真功能寄存器，并对仿真功能部件和仿真功能寄存器的数据输入、数据处理和数据输出进行管理，通过依次调用仿真功能部件中包含的各种类型的仿真芯片进行数据处理，从而实现数据在仿真功能部件上的流动；整机设计管理模块包括：仿真模型机设计管理模块，根据计算机组成与系统结构，从仿真功能部件器件库中调用m1个仿真功能部件，通过多接口数据通路连接在系统总线上组成仿真模型机，并将组成仿真模型机的各仿真功能部件类型、数量和在工作区中的二维位置坐标，以及各仿真功能部件之间的连接状态属性保存到仿真模型机设计配置文件中；所述连接状态属性称为功能部件连接状态属性，具体包括由多接口数据通路、多接口数据通路类型、通过多接口数据通路连接到系统总线上的仿真功能部件或其他多接口数据通路及其连接的多接口数据通路的接口坐标，所述系统总线即为多接口数据通路的简单拼接；仿真模型机存储模块，用于存储通过加载仿真模型机设计配置文件生成的仿真模型机，通过加载仿真模型机设计配置文件，读取组成所述仿真模型机的所有功能部件的类型、数量以及在工作区中的二维位置坐标，在工作区中生成所有的仿真功能部件，然后根据各仿真功能部件之间的连接状态属性建立仿真功能部件之间的数据通路连接，将仿真功能部件构成一个完整的仿真模型机；仿真模型机任务管理模块包括：仿真模型机微指令设计模块，用于设计仿真模型机的机器指令集，所述机器指令集是指仿真模型机完成数据输入操作、数据输出操作、数据存取操作、数据运算操作、指令跳转操作过程的命令集合，使得仿真模型机具备实际应用意义上的完整功能，所述数据输入操作、数据输出操作、数据存取操作、数据运算操作、指令跳转操作过程称为机器指令的执行，将所述机器指令进行顺序排列组合使仿真模型机完成一系列数据处理任务，所述机器指令的顺序排列组合称为机器指令序列；微程序执行控制模块，用于对微指令序列进行功能解析产生控制信号，进而触发仿真功能部件的接口使能关系，协调各仿真功能部件完成阶段性的数据操作，最终完成相应微指令的功能；其中，仿真芯片工具箱模块、功能部件设计管理模块和整机设计管理模块均运行于客户机上。