基于CPLD的8位CISC+CPU内核设计

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要随着电子技术和信息技术的飞速发展，可编程逻辑器件已被应用到越来越宽广的领域。本文正是以此为背景介绍了可编程逻辑器件的设计方法和开发技术，并利用硬件描述语言和FPGA、CPLD设计技术，探索和研究了基于CPLD的8位CISCCPU的设计与实现过程。y本CPU设计采用了自顶向下的设计方法和模块化设计思想，从CPU总体结构设计到局部功能实现，具体阐述了寄存器与堆栈、算术逻辑部件、指令译码器、总线控制器、DMA控制器以及中断控制器等模块的技术实现细节。特别是在算术逻辑部件的设计中提出了基于超前进位链

2、的加减法器实现方法，有效地提高了CPU算术单元的运算速度，增强了CPU的总体性能。同时也在指令译码器、总线控制器以及中断控制器的设计中提出了基于状态机的设计方法，完成了指令译码器中较为复杂的指令译码过程；实现了总线控制器中多路复用器的地址选择；也解决了在中断控制器中发生的中断嵌套问题。通过对本设计的功能验证及仿真，表明该设计在各方面均达到了预定的设计目标，在通用的控制和通信领域有一定实用价值。作为实例，它已被其应用于我们开发的“掌上无线智能终端设备”，并且该产品已通过湖北省科委的鉴定。关键词：CPU，CISC，硬件描述

3、语言，CPLD，FPGAl华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentoftheelectronandinformationtechnology,thePLD(ProgrammableLogicDevice)hasbeenappliedtofarwiderfields．ThispaperintroducesthedesignmethodsandthedevelopmenttechniqueforPLD．Additionally,HDL(HardwareDescribeLanguage)，

4、FPGA(FieldProgrammableGateArray)andCPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)arealsooutlined．Furthermoreitgivestheexplorationandresearchaboutthedesignandimplementationofan8-bitCISC(ComplexInstruction-SetComputing)CPUbasedonCPLD．ThisCPUdesignreferstotheTopDowndesignmet

5、hodandthemodularizationideasfromglobalarchitecturedesigntolocalfunctionimplementation．Thenitexpoundstheimplementationofthefollowingmodulesindetails，includingtheregisterandstack，theALU(ArithmeticLogicUnit)，theinstructiondecoder'thebuscontroller,theDMA(DirectMemor

6、yAccess)controllerandtheinterruptcontroller．Especially，itpresentstheadderdesignbasedonCLA(carry-lookaheadadder)，whichacceleratesthearithmeticoperationoftheALUandenhancestheperformanceoftheCPU．Furtherthestatemachinedesignapproachisdescribed，whichaccomplishestheco

7、mplexdecodingprocessintheinstructiondecoder’implementstheaddressselectionforMUXinthebuscontrollerandsolutesthenestedinterruptionissueintheinterruptcontroller．Thisdesignhasachievedtheexpectedgoalsinallaspectsthroughthesimulationandtheverification．Soitindicatesthe

8、CPUcanbeappliedingeneralcontrolandcommunicationfields．Asamatteroffact，ithasbeenappliedinourproduct“Hand—heldWirelessIntelligentTerminals”，whichhasbeenauthenticatedbyH