试论32位risc微处理器的设计与实现

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文32位RISC微处理器的设计与实现姓名：李风波申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：张国印20070101哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要随着集成电路的迅猛发展，微处理器的设计技术对计算机产业、电子产业乃至整个信息产业的发展都起着举足轻重的作用。本文的目的是设计32位RISC结构的微处理器(命名为IceCore)，并进行FPGA原型验证。首先，根据指令集进行微体系结构设计，采用取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)和写回(WB)5级流水线结构。流水线的相关性直接影响其性能的高低，本文分析了各种解决流水线相关问题的方法，采用指令存储器和

2、数据存储器分离的哈佛结构，避免了结构相关；采用前递(Forwarding)数据通路，解决了数据相关；采用延迟槽技术，由编译器负责向延迟槽填入指令，从而解决了控制相关。ID级和船级只占用半个时钟周期，分支指令可以有效地利用前递数据通路的数据，避免了ID级的数据相关。‘。然后，采用Xilinx公司的Spartan3器件(xc3s200pq208—4)进行FPGA原型验证。IceCore片上集成UART接口，而且指令存储器、寄存器堆和数据存储器都带有调试接口，在调试控制器的控制下，通过RS232接口和Pc端的调试软件通讯，方便快捷地实现了FPGA验证。最后，对本文的工作进行了总结，并对进一步

3、的工作提出了建议。关键词：微处理器；精简指令集计算机；可编程逻辑器件；硬件描述语言哈尔滨工程大学硕士学位论文AbstractWj血theexplosivedevelopmentofintegratedcircuits．thetechnologyofmicroprocessordesignplaysallimportantroleincomputerindustry,electricalindustryandeveninthewholeinformationindustry．Thepurposeofthisdissertationistodesigna32bitsRISCmicropro

4、cessor(namedIceCore)andtodoFPGAprototypeverification．Firstly,themicroarchitectureisdesignedbasedonISA’andfive-stagepipelinearchitecturewhichincludesIF(InstructionFetch)，ID(InstruetionDecode)，EX(Execute)，MEM(Memcry)andWB(WriteBack)isadopted．Becausethepcrfbrm锄ceofpipelineisdeterminedbylIa翻Ids，this

5、dissertationus髓separatedinstructionmemoryanddatamemorytoresolvestructurehazard，delayslotwhereunrelatedinstructioniswriteintobycompilertoresolvecontrolhazard，andforwarddatapathtoresolvedatahazard,afteranalyzingmanysolutionsthatarcusedtoresolvepipelinehazards．BothIDstageandWBstagearccompletedonlyi

6、nhalfaclockcycle,thenbranchinstructionsCallefficientlyusedatawhichcomesfromforwarddatapathtoavoiddat丑hazardofIDstage．Secondly,IceCoreisimplementedonSpartan3deviceofXilinxCompanyforFPGAprototypeverification．IceCorehasaUARTinterface，whileinstructionmemolT,datamemor)randregisterfilehaveadebuginterf

7、ace，SOIceCoreCancommunicatewithsoftwareofPCthroughR8232interfae君．andtheverificationc觚bedonefastandconveniently．Finaly,theworkofthisdissertationisconcludedandsomead“c髓aboutthefilrtherworkareproposed．Keywords：microprocessor,RI