基于FPGA的VLIW微处理器设计实现

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要随着FPGA技术的几十年发展，迅速改变了数字逻辑设计与生产方式。配备高性能的ASIC和灵活的微处理器，使得FPGA在各个新领域的应用成为了可能。在微处理器日新月异发展的今天，微处理器作为电子系统的核心部分，其开发、设计、生产显得十分重要。应用FPGA进行微处理器的逻辑开发，可以快速实现设计，完善功能，缩短开发周期，节约开发成本，迅速实现产品生产。本文是基于FPGA的VLIW(“VeryLongInstructionWord”的缩写，中文意思是“超长指令字”)微处理器的设计实现，是对64位的指令字和192位数据的VL研微处理器进行操作处理，每

2、64位指令字由三个并行操作构成。本文采用四级流水线技术，运用FPGA设计实现VLIW微处理器及其功能。根据VL州微处理器的基本原理，将VL州微处理器合理划分为五个主要部分，分别为取指模块、译码模块、寄存器堆、执行模块、写回模块。在每个模块下，部分模块再次进行划分处理，运用FPGA开发原理对各个模块进行功能实现，从而实现整个模块，最终实现VLlw微处理器和微处理器的功能。实现了VLIW微处理器对数据的空操作、加法操作、减法操作、乘法操作、装载操作、移动操作、读取操作、比较操作、异或操作、与非操作、或非操作、逻辑非操作、左移操作、右移操作、循环左移操作、循环右移操作。采用寄存器旁路通

3、道技术解决了在VLIW微处理器执行模块和寄存器堆中的数据竞争和控制竞争问题。本文首先对VL州微处理器的基本概念、特点、原理、架构等作了简要的介绍，介绍了流水线技术，简介了FPGA设计的基本方法和特点，阐述了VLIW微处理器设计的基本方案，仿真验证VL州微处理器的16种操作功能，完成了最终VL州微处理器设计。关键词：FPGA；VLIW；流水线；微处理器西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractInthetwodecadessinceFPGAswereintroduced，thewaywhichdigitallogicisdesignedanddeployedhasbee

4、nradicallychanged．BymarryingthehighperformanceofASICsandtheflexibilityofmicroprocessors，FPGAshavemadepossibleentirelynewtypesofapplications．Itisveryimportanttodesignmicroprocessorasthepartofcoreofel，ectronicsystems，SOdevelopmentandproduction．OnmakinguseofthetechnologyofFPGAtodesignthemicropro

5、cessoroflogicfunction，itCanquicklyrealizethefunction，completedesign，cutdowndevelopmentcycle，savecostandquicklyrealizeproductions．ThesubjectofthepaperisdesignedVL州(istheabbreviationof“verylonginstructionword'’)microprocessorbasedonFPGA．ItdesignsVLrWmicroprocessorwhichcontains64一bitinstructionw

6、ordand192一bitdata,eachVL州instructionwordconsistsofthreeoperationsinparallel．TheVL州microprocessorCanbedesignedusingapipelinetechnologyoffourstages．andhavebeenimplementedVLIWmicroprocessor’ScoreandcompletedthebasicfunctionbytakingadvantageofthetechnologyofFPGAs．AccordingtothebasicprincipleofVLI

7、Wmicroprocessor,itisrationallydividedintofivemainmodules．Suchasfetchmodule，decodemodule，registerfile，executemodule，writebackmodule．Eachmainmoduleisreasonablydividedagain，andrealizedthefunctionofeverymodulebasedontheprincipleofFPGAs，SOastoimpl