基于0.13um+CMOS工艺的RISC微处理器固核设计.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE（电子科技大学图标）论文题目基于0.13umCMOS工艺的RISC微处理器固核设计专业学位类别工程硕士学号201222020609作者姓名刘超指导教师钟洪声教授分类号密级注1UDC学位论文基于0.13umCMOS工艺的RISC微处理器固核设计（题名和副题名）刘超（作者姓名）指导教师钟洪声教授电子科技大学

2、成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2015.03.30论文答辩日期2015.05.21学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DESIGNOFRISCCPUFIRMIPCOREONTHETEACNOLOGYOF0.13UMCMOSAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyo

3、fChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:LiuChaoAdvisor:Prof.HongshengZhongSchool:SchoolofElectronicEngineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技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

4、均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要集成电路的发展这几年越来越受到重视，微处理器作为具有战略性作用的芯片更应得到重视，

5、然而在其人才的培养上尚有不足，许多高校的计算机和微电子课程的实践无法很好地展开，因此，在微处理器的设计和人才培养方面应加大力度。即使是功能简单的微处理器，它的构造也是很复杂的，只有在亲自设计并完成微处理器后，才能更加深刻地了解。本课题的设计参考了RISC微处理器里的MIPS32的体系结构，并参考了经典的五级流水线技术，设计了RISC类型的五级流水线的三十二位的CPU，并使用中芯国际的0.13umCMOS工艺进行综合来生成网表。在整个课题的研究过程中，从指令和CPU架构到门级电路，进行了大量的工作

6、。在比较CISC和RISC的基础上，确定了能够实现存储、跳转、算数运算和逻辑运算等功能的二十条MIPS32类型的指令，并分别设计了这些指令对应的不同硬件电路，随后通过整合这些电路来实现完整的指令执行功能，并使用五级流水线技术来增加CPU的并行处理能力和提升CPU的执行效率。具体的实现过程从最基本的门级电路开始，来搭建各个功能模块。为了减少延迟和提高效率，设计了32位先行进位加法减法器、同时完成了32位全面移位器、比较器、扩展器、算数逻辑单元、程序计数器、寄存器堆和级间寄存器组等器件。在确定有独立

7、的指令存储器和数据存储器后，通过控制单元实现指令的数据前推技术、暂停流水线和延迟转移技术来解决CPU的运行过程中的相关问题，从而达到对CPU的改进的目的。在处理器的测试过程中，采用覆盖关键点的测试方法，对指令运行中用到的数据的内部前推、流水线暂停和延迟转移技术进行重点验证，完成了CPU逻辑测试，证明该CPU符合要求。和其他CPU相比，本CPU是32位的，它比8位和16位的CPU单次处理的数据更大；它比单周期和多周期CPU的效率更高。本课题的CPU指令简洁，架构明显，设计深入到最基本的门级电路，同

8、时可扩展性好。关键词：微处理器，指令集，控制单元，VerilogHLDIABSTRACTABSTRACTThedevelopmentofintegratedcircuithasattractedmoreandmoreattentions.inrecentyears.Asaresult,moreattentionsareneededforCPUbecauseofitsstrategicimportanceforourcountry.However,therearesomeshortcomingsi