基于32位risc体系结构的微处理器设计与研究

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1、西安电子科技大学硕士学位论文基于32位RISC体系结构的微处理器设计与研究姓名：张晗申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：周端2011-01摘要基于RISC架构的处理器是通用高性能处理器的一种。其架构简洁，运行效率高，在高性能计算，嵌入式处理，多媒体应用等各个领域得到了广泛应用。基于硬件描述语言的CPUIP核具有可以根据应用裁减，易于调试，便于集成的特点，使得处理器lP核的设计、研发和应用得到快速发展。本文讨论了处理器指令系统架构，研究了微处理器的数据通路，完成了处理器流水线功能的划分，进行了处理器微体

2、系结构设计，对设计的IP核进行了系统功能仿真。并将IP核下载到FPGA，设计的指令编译后放入相应存储器，对处理器的1P进行了硬件验证，验证结果满足处理器设计的功能要求。论文设计实现的32位RISC处理器IP核，具有5级流水线架构，具备常用的七十一条指令。设计过程中解决了数据相关、结构相关及转移相关等问题，并实现了可屏蔽的中断系统。本设计体系简洁，易于扩展，非常适合以IP核的形式应用于FPGA芯片，作为嵌入式设备的单片机或MCU来使用。本论文的流水线处理器所采用的设计方法和设计的处理器IP核，对今后进行CUP设计研

3、究有很好的参考价值。关键词：32位OPURISC流水线中断系统FPGAAbstractRISCarchitecturebasedprocessorisakindofgeneralhighperformanceprocessors．Consideringitssimplicityofarchitectureandhighefficiencyofcomputing，itiswidelyusedinmanyfieldssuchashighcapabilityofcomputing，embeddedsolutionsan

4、dmultimediaapplications．TheCPUIPcoredesignbasedOilHDLcaneasilycutdependingontheapplication．Itiseasytodebugandintegrate．TheseadvantagesmaketheprocessorIPcoredesignandapplicationdevelopmentfast．Thispaperdiscussedtheinstructionsetarchitectureandthedatapathofthem

5、icroprocessor，implementedthefunctionsdivisionandmicro—architecturedesign，andfinishedthesystemfunctionalsimulationoftheIPCore．Finally，IdownloadtheIPcoreintotheFPGA，putthecompiledapplicationprogramintotheappropriatememoryandtakehardwareverificationfortheIPcore．

6、Thevalidationresultsmeetthefunctionalrequirementsoftheprocessordesign．This32··bitsprocessorsystemisoffive--levelpipelinearchitectureand71instructions．Thedesignsolvesthedata—relatedproblems，structure—relatedproblemsandmetastasis—relatedproblems，implementsakind

7、ofmaskableinterruptsystem．Thesystemissimpleandeasytoexpand．ItisverysuitableforFPGAIPcore，whichusedintheformofchipsasamicrocontrollerorMCUembeddeddevices．BoththepipelineprocessordesignmethodandtheprocessorIPcoredesignedinthispaperaregoodreferenceforthefuturede

8、signworks．Keywords：32一bitsCPURISCPipelineInterruptSystemFPGA第一章绪论弟一早珀下匕本章描述了课题的研究背景，介绍了RISC体系结构的微处理器的研究现状，讨论了论文的研究内容，并简述了论文的章节分配以及各个部分的主要内容。1．1课题研究背景本课题是实验室科研项目的一个子课题。主要负责从处理器指令集以及处理器内核硬件