64位mips微处理器的模块设计和fpga验证

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1、合肥工业大学硕士学位论文64位MIPS微处理器的模块设计和FPGA验证姓名：李明刚申请学位级别：硕士专业：微电子与固体电子学指导教师：刘声雷20050301摘要随着集成电路设计和工艺技术的发展，嵌入式系统(s0C)已经在PDA、机顶盒、手机等信息终端中得到了广泛的应用。它不仅减小了电路尺寸，而且具有成本低廉，可靠性高，功耗低等优点。可以说嵌入式系统是未来集成电路发展的方向。而作为嵌入式系统核心的微处理器，是SOC不可或缺的“心脏”，微处理器的性能直接影响着整个SOc的性能。与国际先进技术相比，我国在这一领域的研究和开发工作还相当落后，这直接

2、影响到我国信息产业的发展。本着赶超国外先进技术，填补我国在该领域的空白以摆脱受制于国外的目的，我国很多科研单位和公司进行了自己的努力和尝试。经过几年的探索，已经有多种自主知识产权的处理器芯片完成了设计验证并逐渐进入市场化阶段。我国已结束无“芯”的历史，并向设计出更高性能处理器的目标迈进。艾科创新微电子公司的vEGA处理器，是公司凭借自己的技术力量和科研水平设计出的一款64位高性能RSIC微处理器。该处理器基于MIPsIsA构架，采用五级流水线的设计，并且使用了高性能处理器所广泛采用的虚拟内存管理技术。设计过程中采用自上而下的方法，根据其功能

3、将其划分为取指、译码、算术逻辑运算、内存管理、流水线控制和cache控制等几个功能块，使得我们在设计中能够按照其功能和时序要求进行。本文的首先介绍了MIPs微处理器的特点，通过对MIPs指令集和其五级流水线结构的介绍使得对vEGA的设计有了一个直观的认识。在此基础上提出了vEGA的结构划分以及主要模块的功能。作为采用虚拟内存管理技术的处理器，文章的主要部分介绍了vEGA的虚拟内存管理技术，将vEGA的内存管理单元(MMu)尤其是内部两个翻译后援缓冲(TLB)的设计作为重点给出了流水线处理器设计的方法。结束总体设计并完成仿真后，并不能代表设计

4、的正确性，它还需要我们在实际的硬件平台上进行验证。作为论文的又～重点内容，介绍了我们在vEGA验证过程中使用到的FPGA的主要配置单元，FPGA的设计流程。vEGA的FPGA平台是一完整的计算机系统，我们利用在线调试软件xilinxChipscope对其进行了在线调试，修正其错误。经过模块设计到最后的FPGA验证，VEGA完成了其逻辑设计，经过综合和布局布线等后端流程，vEGA采用0．18工艺流片后达到120MHz的工作频率，可在其平台上运行windows．cE和Linux嵌入式操作系统，达到了预计的设计要求。关键词：MIPS，微处理器，流

5、水线，内存管理单元，FGPA，验证ABSTRACTWiththedevelopmentofICdesignandtechnology，SOChasbeenwildlyappliedininfo咖ationtenninalsuchasPDA，STBandmobileetc．．Ithasmanyadvantages．Notonlycanitdecreasethecircuitscale，butalsOitcanreducethecost，iⅡlprovethestabilityandlowerthepo、ver．TheSOCisthetende

6、ncyofICinthefutllredevelopment．AsthecoreofSOC，microprocessoristheessentialpartofit_TheCPU’sperf0珊ancedirectlydeterminestheSOC’spefformance．Comparingwiththead、，ancedinternatiOnal．technique，theresearchanddeVelopmentworkinthisfieldf．allsbehindinChinaanditdirectlyaffbctsthedeV

7、elopmentofChina’sinfbrrnationindustry．Forkeepingupwiththeadvancedfbreigntechnique，fillingtheblankinthisfieldofourcountrytoshakeoffbeingboundedbyforeigncompany’manyresearchunitsdevotetheireffortstothcdeVelopmemofit．ForseVeralyearsofexploring，someself-intellectualpropertyrig

8、htsprocessorchipshavesteppedintothemarketaftertheirdesigningandVerification．Thehistoryofn