嵌入式處理器被大量應(yīng)用于消費市場上的各種數(shù)字設(shè)備中,例如手機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機以及汽車信息系統(tǒng)。由于消費電子市場的快速發(fā)展,嵌入式處理器市場正不斷擴大。傳統(tǒng)的嵌入式處理器的主要設(shè)計目標是低成本、低功耗以及小的芯片面積。但隨著嵌入式應(yīng)用對計算能力的要求不斷提高,對高性能的32位嵌入式處理器的需求在持續(xù)上升。因此研究高性能32位嵌入式處理器的設(shè)計與開發(fā)是非常重要的。 本文介紹了Beta指令集結(jié)構(gòu),包括機器模型,完全的32條指令的編碼和規(guī)范,異常處理,以及軟件約定;基于Beta指令集結(jié)構(gòu),我們設(shè)計和實現(xiàn)了32位嵌入式處理器Beta5。Beta5是一種32位哈佛結(jié)構(gòu)RISC處理器,具有5級流水線和全旁路以及完整的Cache系統(tǒng),包括16KB的指令緩存和16KB數(shù)據(jù)緩存以及獨立的指令緩存控制器和數(shù)據(jù)緩存控制器。為提高性能,在Beta5中還采用了索引共享全局歷史算法分支預(yù)測模塊。本文詳細闡述了Beta5處理器的設(shè)計和實現(xiàn),包括Beta5處理器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計,流水線及流水線控制器設(shè)計,旁路及旁路控制器設(shè)計,Cache技術(shù)分析與Cache系統(tǒng)設(shè)計,以及動態(tài)分支預(yù)測技術(shù)分析與動態(tài)分支預(yù)測模塊的設(shè)計;本文還介紹了Beta5的開發(fā)與測試流程,包括行為仿真、RTL設(shè)計與驗證的流程和方法,FPGA開發(fā)與驗證平臺以及利用ChipScope Pro在FPGA開發(fā)平臺上進行硬件測試。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2007
【中圖分類】：TP332
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 課題背景與意義
    1.2 處理器軟核發(fā)展動態(tài)
    1.3 課題研究內(nèi)容
    1.4 論文的組織
第二章 BETA 指令集結(jié)構(gòu)
    2.1 計算機模型
    2.2 指令編碼
    2.3 指令概述
    2.4 指令規(guī)范
    2.5 異常處理的擴充
    2.6 軟件約定
    2.7 BETA 指令格式小結(jié)
第三章 BETA5 處理器設(shè)計
    3.1 BETA5 處理器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
    3.2 ALU 設(shè)計
    3.3 流水線冒險問題
    3.4 旁路控制邏輯設(shè)計
    3.5 CACHE 分析與設(shè)計
    3.6 動態(tài)分支預(yù)測技術(shù)分析
    3.7 取指令模塊設(shè)計
    3.8 異常與中斷處理
    3.9 流水線控制器設(shè)計
第四章 BETA5 的仿真與測試
    4.1 軟件仿真與測試
    4.2 使用FPGA 進行硬件測試
第五章 總結(jié)及未來的工作
    5.1 總結(jié)
    5.2 未來的工作
致謝
參考文獻
攻碩期間取得的研究成果

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