基于armv4架构的嵌入式微处理器设计

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英对照）：基于ARMv4架构的嵌入式微处理器设计DesignofEmbeddedMicroprocessorBasedonARMv4Architecture作者姓名：王耿指导教师姓名石敏及学位、职称：博士、副教授学科、专业名称：工学、信号与信息处理学位类型：学术学位论文提交日期：2016年5月论文答辩日期：2016年5月答辩委员会主席：傅予力论文评阅人：盲审学位授予单位和日期：暨南大学2016年6月独创性声明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巧成果。除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其

2、他人已经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得馨南大学或其他教育机构的学仿或证书而化用讨的材姑与我一同ｘ作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名；签字曰期：ＺＷ《年《月曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解璧南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口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§■南大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容編入有关数楠应讲巧检孝．可Ｗ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适用本授权书

3、）学位论文作者签名：是奇导师签名：签字日期：八伯年《月２签字日期刮６年？日：月勺日学位论文作者毕业后去向：／工作单位：电话：通讯地址：邮编：摘要随着IC技术的发展，芯片集成的功能越来越多，而SoC芯片的核心部件是嵌入式微处理器，其性能的好坏直接影响到整个嵌入式系统。ARM架构的微处理器性能优越，在市场上占据主导地位，但是基于ARM架构的微处理器IP核异常昂贵，不利于国产芯片的普及推广。因此，研究兼容ARM指令集嵌入式微处理器的设计，对于中国芯片产业的发展具有重要意义。本文旨在设计一款基于ARMv4架构的嵌入式微处理器。ARMv4是AR

4、M公司出货量最多的微处理器系列所采用的指令集之一，以低功耗和高性能著称，并且采用该架构能够兼容现有的编译器，便于设计后期的调试工作。论文首先深入研究了ARMv4体系架构，对指令集编码进行归类分析，然后设计出微处理器内核的整体结构。在原始三级流水线的基础上增加寄存器回写阶段，构成四级流水线模式，简化指令执行阶段的操作，提高指令的执行效率。内核的乘法运算模块采用单周期乘法器，该乘法器采用改进的Booth编码和Wallace树型结构，能够实现高速乘法运算。在研究现有的AMBA总线的基础上，设计兼容最新AXI4总线接口的外围设备，加上总线接口控制模块后的外围设备接口，能够适

5、用于更广泛的应用场合。本文采用Verilog硬件描述语言完成整个系统的前端设计，使用仿真工具Modelsim对内核的执行指令功能，以及外围设备与总线之间的通信功能进行仿真验证，并且对内核与通用异步串口的通信功能进行了FPGA板级验证。仿真测试表明，本文设计的ARMv4嵌入式微处理器功能正确，具备一定的实用性，可应用于SoC系统以及FPGA的设计开发中。关键词：ARMv4架构，流水线，乘法器，AXI4总线IAbstractWiththedevelopmentofICtechnology,moreandmorefunctionisintegratedinthechip.

6、AndthecorecomponentsoftheSoCchipisembeddedmicroprocessor,itsperformancedirectlyaffectsthewholeembeddedsystem.ThemicroprocessorbasedonARMarchitectureoccupiesadominantpositioninthemarket,whichperformanceissuperior.ButtheIPcoreofthemicroprocessorbasedonARMarchitectureisextremelyexpensive,

7、whichisnotconducivetothepopularizationofdomesticchip.Therefore,theresearchonthedesignoftheembeddedmicroprocessorcompatiblewithARMinstructionsetisofgreatsignificancetothedevelopmentofthechipindustryinChina.AnembeddedmicroprocessorbasedonARMv4architectureisproposedinthispaper.ARMv4ison