基于risc-v指令集处理器的控制器研究

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1、分类号UDC密级公开硕士研究生学位论文基于RISC-V指令集处理器的控制器研究申请人:滕宇学号:2151253培养单位:电子工程学院学科专业:微电子学与固体电子学研究方向:集成电路设计指导教师:张振辉教授完成日期:2018年4月18日中文摘要近年来，国内中央处理器(CentralProcessingUnit,CPU)的研究日益增多，也有着越来越多的开源CPU架构和开源CPU产品。控制器可以分为组合逻辑控制器CPU和微程序控制器CPU。目前流行的CPU都采用组合逻辑控制思想，控制器是整个CPU控制通路

2、的核心部件。控制器的性能是提高整个处理器速度的重要因素之一。因此探讨其设计优化具有理论以及实用意义。本文完成基于RISC-V指令集处理器的控制器研究。本文基于RISC-V指令集处理器的控制器的研究，指令集采用精简指令集RISC-V，包括23条功能指令和3条面板指令，主要由使用频率高并且简单的指令构成，包括了寄存器操作类指令、跳转类指令、内存访问类指令和输入输出类指令。处理器按照冯·诺依曼结构设计，致力于完成以上指令，所以总线宽度设为8位。该控制器采用CPLD设计，用指令译码器对指令译码，通过分析指令

3、执行过程，来确定机器周期为8个节拍数，可以让大部分指令能在一个周期内完成，个别复杂指令在两个周期完成指令执行任务，接下来通过分析控制信号的形成过程，列出逻辑表达式，最后搭建出组合逻辑电路，完成控制器部分的设计，和外围运算器以及存储器组成完整的CPU。然后对整个程序的输入、检查和运行实现了对CPU的调试。关键词：RISC-V；控制器；中央处理器；组合逻辑电路；CPLDIAbstractNowadays,theresearchonCentralProcessingUnit(CPU)isincreasin

4、ginChina,andtherearemoreandmoreopensourceCPUarchitecturesandopensourceCPUproducts.MicroprogrammablecontrolleristhecorecomponentofthewholeCPUcontrolpathway.CPUispopularnowadays.Theperformanceofmicroprogrammedcontrollerisoneofthekeyfactorstoimprovethespe

5、edofthewholeprocessor.Therefore,ithastheoreticalandpracticalsignificancetoexploreitsdesignoptimization.ThispapercompletestheresearchofmicroprogrammedcontrollerbasedonRISC-Vinstructionsetprocessor.Inthispaper,themicroprogramcontrollerbasedontheRISC-Vins

6、tructionsetprocessorisdesignedaccordingtothevonNeumannstructure.Thewidthofthebusissetupto8bits.TheinstructionsetusesasimplifiedinstructionsetRISC-V,including23functionalinstructionsand3panelinstructions,mainlycomposedofhighfrequencyandsimpleinstruction

7、s,includingtheregisteroperationclassinstructionandthejump.Classinstruction,memoryaccessclassinstructionandinputandoutputclassinstruction.Thelogicexpressionislisted,andthecombinationallogiccircuitissetupattheend,andthedesignofthemicroprogramcontrollerpa

8、rtiscompleted,andthecompletemodelmachineisformedwiththeperipheraloperationdeviceandthememory.Keywords:RISC-V;Controller;CPU;Combinationallogiccircuit;CPLDII目录中文摘要..........................................................................