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基于FPGA的计算机组成原理开放实验平台的设计与实现的开题报告
一、研究背景和意义
随着计算机科学技术的不断发展，FPGA技术已经成为了计算机系统的重要组成部分之一。FPGA具有灵活、高效、可编程等特点，可以在很短的时间内实现系统的定制化需求，因此在计算机组成原理领域，FPGA技术得到了广泛的应用。
传统的计算机组成原理教学模式主要以理论课为主，实验环节较少，无法真正地将理论知识转化为实践经验。而基于FPGA的计算机组成原理开放实验平台具有硬件实现和软件仿真相结合的优势，可以使学生更好地理解计算机组成原理的理论知识，同时也可以提高学生的实践能力和创新能力。
二、研究内容和目标
本研究的目标是设计和实现基于FPGA的计算机组成原理开放实验平台，实现以下内容：
1.设计CPU模块：包括指令集设计、寄存器设计、ALU设计等；
2.设计内存模块：包括ROM和RAM的设计；
3.设计IO模块：包括串口和并口的设计；
4.实现操作系统模块：包括操作系统内核的设计和实现；
5.实现应用程序模块：包括主流应用程序的设计和实现。
三、研究方法
本研究将采用以下方法：
1.FPGA硬件设计：采用VerilogHDL进行FPGA硬件设计，实现CPU模块、内存模块、IO模块等功能模块的设计；
2.软件仿真：利用Modelsim等仿真软件进行FPGA硬件部分的仿真，保证设计的正确性和稳定性；
3.操作系统设计：采用Linux操作系统作为实验平台，进行操作系统内核的设计和实现；
4.应用程序设计：采用C、Python等编程语言进行应用程序的设计和实现。
四、研究方案
1.系统架构设计：设计基于FPGA的计算机组成原理开放实验平台的硬件架构和软件架构；
2.CPU模块设计：设计指令集、寄存器、ALU等功能模块，实现常见的指令操作；
3.内存模块设计：设计常量存储器、数据存储器等功能模块，实现数据的存储和读取；
4.IO模块设计：设计串口模块、并口模块等功能模块，实现外部设备与CPU的通信；
5.操作系统设计：采用Linux操作系统作为实验平台，进行内核的设计和实现；
6.应用程序设计：设计主流应用程序，如文本处理程序、图像处理程序等。
五、预期成果
完成基于FPGA的计算机组成原理开放实验平台的设计和实现，具体包括：
1.实现CPU、内存和IO模块的设计和功能模块的实现；
2.实现操作系统内核的设计和实现；
3.实现主流应用程序的设计和实现。
六、研究进度安排
研究进度安排如下：
阶段一（2021年6月-2021年8月）：完成系统架构设计和CPU模块设计；
阶段二（2021年9月-2021年11月）：完成内存模块设计和IO模块设计；
阶段三（2021年12月-2022年2月）：完成操作系统内核的设计和实现；
阶段四（2022年3月-2022年5月）：完成主流应用程序的设计和实现；
阶段五（2022年6月-2022年7月）：完成论文撰写和答辩准备工作。