基于mips指令集32位risc处理器逻辑设计本科毕业论文

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1、袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅本科生毕业论文题目：基于MIPS指令集的32位RISC处理器逻辑设计摘要CPU是计算机系统的核心部件，在各类信息终端中得到了广泛的应用。处理器的设计及制造技术也是计算机技术的核心之一。MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”（Microprocessorwithoutin

2、terlockedpipedstages），其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。本文在详细研究32位MIPS处理器体系结构的基础之上，在QuartusII7.2环境中，完全依靠自己的研发设计能力，采用硬件描述语言VHDL完成了拥有自主知识产权的基于MIPS指令集的32位RISC处理器的逻辑设计。共开发出单周期、多周期、五级流水线等3个不同版本的32位RISC处理器，均通过QuartusII进行了时序仿真和性能比较分析。本文的首先概述了MIPS指令集的重要特征，为讨论CPU的具体设计奠定基础

3、。本文设计的3个版本的CPU均实现了一个共包含59条指令的32位MIPS指令子集。本文的主体部分首先详细描述了处理器各个独立功能模块的设计，为后续的整体设计实现提供逻辑功能支持。随后按照单周期、多周期、流水线的顺序，循序渐进的围绕着指令执行过程中需经历的五个阶段，详细描述了3个版本的处理器中各阶段的逻辑设计。在完成了各个版本的CPU的整体逻辑设计后，通过QuartusII时序仿真软件在所设计的CPU上运行了测试程序，测试输出波形表明了处理器逻辑设计的正确性。本文还通过QuartusII7.2中的Quart

4、usIITimeQuestTimingAnalyzer软件，基于Altra公司的FPGA器件比较分析了所设计的3个版本CPU的性能。其中单周期CPU基于Altra公司的CycloneIII系列EP3C120F484C7器件综合的频率可达10.417MHz，而多周期CPU的综合频率可达12.935MHz，五级流水线CPU的综合频率可达12.376MHz。关键词：MIPS，处理器，单周期，多周期，流水线，VHDLAbstractCPUisacorecomponentofcomputersystem,which

5、hasbeenwidelyusedinavarietyofinformationdevicesindifferentareasofindustry.Processordesignandmanufacturingtechnologyisalsooneofthemostimportantcomputertechnologiesnowadays.MIPSisoneoftheworld-widepopularRISCprocessor.MIPSmeans“microprocessorwithoutinterloc

6、kedpipedstages”.Itsmechanismistomakefulluseofsoftwaretosolvethedata-relatedprobleminthepipeline.BasedonadetailedstudyofMIPSinstructionsetarchitecture,thispaperdescribesthelogicdesignofaMIPS-based32-bitRISCprocessorindetail,whichisdevelopedwithhardwaredesc

7、riptionlanguageVHDLinQuartusII7.2.Thedesignincludesthefollowingthreeversionsof32-bitRISCprocessor,thesingle-cycleversion,themulti-cycleversionandthe5-pipelineversion.AllthethreeversionshavebeentestedintheQuartusIItimingsimulationsoftwareenvironment.Aperfo

8、rmanceanalysisofthethreeversionsisgivenbythepaperaccordingtothetimingsimulationtestresults.Firstofall,thepaperprovidesanoverviewoftheimportantfeaturesoftheMIPSinstructionset,includingtheinstructionformat,instruction