基于FPGA的开放式CPU模型研究.pdf

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1、分类号TP302学号151050222密级公开全日制学术型硕士学位论文题目基于FPGA的开放式CPU模型研究作者姓名杨朝辉指导教师姓名、职称康磊副教授学科(专业)名称计算机系统结构提交论文日期2018年6月4日学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实

2、之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：____________日期：____________学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。论文作者签名：__________日期：__________导师签名：______

3、____日期：__________·注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出（含解密年限等）。I中文摘要论文题目：基于FPGA的开放式CPU模型研究专业：计算机系统结构硕士生：杨朝辉(签名)__________指导教师：康磊(签名)__________摘要在计算机系统中，CPU是运算和控制核心。理解CPU的运行原理和基本结构是计算机专业核心课程“计算机组成原理”的重要教学内容，在教学环节中的CPU设计实验中，开放式的CPU实验平台有利于帮助学生比较直观地观察CPU的运行，并及时修改设计中存在的问题。本文基于MIPS架构设计并实现了一个开放式CPU模型，对模型机的相关部件改

4、造实现了CPU数据的开放，同时通过调试控制模块和调试软件实现对CPU运行方式的控制和调试。论文首先通过研究CPU的相关理论，包括CPU的功能结构，指令系统以及流行的MIPS架构，设计了开放式CPU模型的整体结构和CPU中数据的开放方式。然后，详细说明了使用VerilogHDL在QuartusII软件上基于MIPS架构设计了单周期，多周期和流水线三种工作方式的CPU。接着，文中详细说明了调试控制模块和上位机调试软件的设计和实现过程。调试控制模块控制模型机的工作状态并对CPU进行调试控制；调试软件用于接收CPU运行过程中的数据并将其显示在PC端。调试软件使用Java语言在Ecl

5、ipse下编写代码并编译完成。最后，在DE2-70开发板通过样例程序对设计的开放式CPU模型机功能进行验证，结果表明，样例程序在模型机中能够正确执行，调试控制模块和调试软件可以对单步运行状态的CPU进行调试。开放式CPU模型为CPU的设计实验提供了一个灵活的平台，为设计的CPU提供了便捷的调试环境。关键词：FPGA，开放式CPU，MIPS，数据通路论文类型：应用研究II英文摘要Subject：ResearchofOpenCPUModelBasedonFPGASpeciality：ComputerSystemStructureName：YangZhaohui(signatur

6、e)______________Instructor:KangLei(signature)__________________ABSTRACTCPUisthecoreofarithmeticandcontrolincomputersystem.UnderstandingtheoperatingprincipleandbasicstructureoftheCPUisveryimportantforthecourseof“ComputerOrganizationPrinciple”,whichisoneofthemaincoursesincomputerscience.Thro

7、ughtheexperimentofdesigningaCPUintheteachingprocess,theOpenCPUexperimentplatformishelpfultothestudentstoobservetheCPU'soperationmoreintuitivelyandtomodifytheproblemsinthedesignintime.ThisthesisdesignsandimplementsanopenCPUmodelbasedonMIPSarchitecture.Itrealize