本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的32位軟核處理器的設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微處理器是計算機系統(tǒng)的核心部件，它的性能決定了計算機的整體性能。而微處理器的設(shè)計在計算機發(fā)展領(lǐng)域的地位非常重要。如何設(shè)計高性能的微處理器一直是設(shè)計者們探討的課題。MIPS是流行的一種RISC處理器，適宜設(shè)計流水線微處理器。它的工作原理是用軟件的辦法解決流水線中的相關(guān)問題。 首先闡述了MIPS指令集的特點。其次，描述了該微處理器中設(shè)計的共包含21條常用指令的格式與功能。根據(jù)MIPS五級流水線的設(shè)計思路以及指令執(zhí)行過程中的所經(jīng)過的五個階段，詳細描述了微處理器的各個階段內(nèi)各模塊的內(nèi)部功能，以便對后續(xù)的整體設(shè)計提供邏輯功能的支持。本文還提出了在設(shè)計流水線過程中所涉及的各類數(shù)據(jù)相關(guān)問題的解決辦法。在完成所有的子模塊以及數(shù)據(jù)通路設(shè)計之后，進而對32位微處理器進行整合設(shè)計。在各模塊設(shè)計完成之后，采用FPGA驗證工具對設(shè)計進行仿真和驗證，測試波形表明了設(shè)計功能的正確性。最后，將每個測試文件下載至FPGA開發(fā)板上得以驗證。本文是在研究32位微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及MIPS指令集的基礎(chǔ)之上，在Altera公司QuartusII和Modelsim軟件的開發(fā)環(huán)境中，采用VHDL語言完成的32位微處理器的研究與設(shè)計，硬件開發(fā)板采用的是Cycloneii FPGA開發(fā)板，通過驗證結(jié)果表明，本文中所設(shè)計的微處理器滿足設(shè)計的目標要求，其最高時鐘頻率達到了25.32MHz。
【關(guān)鍵詞】：微處理器 MIPS 流水線 VHDL
【學位授予單位】：河北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 課題的意義9
• 1.2 微處理器的國內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 課題研究內(nèi)容10-11
• 1.4 課題研究目標11
• 1.5 文章架構(gòu)11-13
• 第二章 主要設(shè)計技術(shù)介紹13-17
• 2.1 并行設(shè)計技術(shù)--流水線13
• 2.2 課題設(shè)計流程13-16
• 2.2.1 FPGA 設(shè)計流程13-14
• 2.2.2 自頂向下設(shè)計14-15
• 2.2.3 課題設(shè)計流程15-16
• 2.3 本章小結(jié)16-17
• 第三章 32 位微處理器指令體系設(shè)計17-23
• 3.1 MIPS 指令集簡介17-18
• 3.1.1 MIPS 指令集的特點17
• 3.1.2 MIPS 指令集格式17-18
• 3.2 指令系統(tǒng)功能的設(shè)計18-20
• 3.3 指令尋址方式20-21
• 3.4 本章小結(jié)21-23
• 第四章 32 位微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計23-49
• 4.1 32 位微處理器總體設(shè)計結(jié)構(gòu)23
• 4.2 微處理器五級流水線劃分23-24
• 4.3 取指令（IF）階段設(shè)計24-28
• 4.3.1 指令寄存器設(shè)計24-25
• 4.3.2 程序計數(shù)器設(shè)計25-27
• 4.3.3 地址計算器設(shè)計27-28
• 4.3.4 取指令階段模塊結(jié)構(gòu)28
• 4.4 譯碼（ID）階段設(shè)計28-34
• 4.4.1 控制器設(shè)計29-32
• 4.4.2 寄存器設(shè)計32-33
• 4.4.3 數(shù)據(jù)選擇器 mux_wrd 設(shè)計33-34
• 4.4.4 譯碼階段模塊結(jié)構(gòu)34
• 4.5 執(zhí)行階段（EXE）設(shè)計34-42
• 4.5.1 運算器設(shè)計35-40
• 4.5.2 數(shù)據(jù)選擇器 mux_alu1 與 mux_alu2 設(shè)計40-41
• 4.5.3 執(zhí)行階段模塊結(jié)構(gòu)41-42
• 4.6 訪存階段（MEM）設(shè)計42-43
• 4.7 回寫階段（WB）設(shè)計43-45
• 4.7.1 數(shù)據(jù)選擇器 mux_a 設(shè)計43-44
• 4.7.2 數(shù)據(jù)選擇器 mux_pcalu 設(shè)計44
• 4.7.3 回寫階段模塊結(jié)構(gòu)44-45
• 4.8 32 位微處理器模塊整合設(shè)計45-46
• 4.9 流水線設(shè)計中的相關(guān)問題及解決辦法46-48
• 4.9.1 結(jié)構(gòu)相關(guān)46-47
• 4.9.2 數(shù)據(jù)相關(guān)47
• 4.9.3 控制相關(guān)47-48
• 4.10 本章小結(jié)48-49
• 第五章 32 位微處理器 FPGA 驗證49-55
• 5.1 微處理器的驗證工具49
• 5.2 FPGA 驗證49-53
• 5.2.1 布局布線49-50
• 5.2.2 時序仿真驗證50-53
• 5.3 本章小結(jié)53-55
• 第六章 結(jié)論55-57
• 參考文獻57-59
• 攻讀學位期間所取得的相關(guān)科研成果59-61
• 致謝61-62

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李前亭;;談博物館陳列家具的設(shè)計[J];中國博物館;1986年01期

2 王淼;生產(chǎn)線中專機的設(shè)計[J];雷達與對抗;1998年03期

3 王為民;羅偉雄;;設(shè)計模式在匯總系統(tǒng)中的應用[J];教育信息化;2005年17期

4 邱浩波;邵新宇;高亮;蔣平;;面向協(xié)同設(shè)計過程協(xié)調(diào)和優(yōu)化的集成過程管理研究[J];機床與液壓;2007年02期

5 郭東;;機器的設(shè)計過程[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2010年06期

6 王兆華;;基于設(shè)計過程模塊的云設(shè)計平臺構(gòu)建[J];機械設(shè)計與制造工程;2013年03期

7 鄭凱;;現(xiàn)代多媒體技術(shù)在展廳設(shè)計中的應用效果探析[J];數(shù)字技術(shù)與應用;2013年07期

8 胡淑濤;張家泰;;企業(yè)信息管理系統(tǒng)設(shè)計中的若干問題[J];自動化技術(shù)與應用;1986年04期

9 劉溪涓,蔣壽偉;基于任務影響因子模型的設(shè)計過程規(guī)劃技術(shù)[J];計算機集成制造系統(tǒng)-CIMS;2002年03期

10 崔衛(wèi)華;李剛炎;楊波;王慧;;產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程建模方法[J];組合機床與自動化加工技術(shù);2008年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李巍;;關(guān)于設(shè)計的思考[A];學校藝術(shù)教育與素質(zhì)教育論壇文集[C];2004年

2 于宏杰;;設(shè)計的思考[A];2013國際工業(yè)設(shè)計研討會暨第十八屆全國工業(yè)設(shè)計學術(shù)年會論文集[C];2013年

3 王家民;孫浩章;張娜;;綠色設(shè)計的理論前瞻與實踐后顧[A];2010中國包裝行業(yè)人力資源發(fā)展戰(zhàn)略高峰論壇論文集[C];2010年

4 ;國際發(fā)展趨勢[A];北京工業(yè)設(shè)計發(fā)展報告[C];2000年

5 張成忠;曹海艷;況成泉;;簡析設(shè)計中的復古[A];第十一屆全國包裝工程學術(shù)會議論文集（二）[C];2007年

6 孔凡讓;李川奇;鄭慶和;;設(shè)計與發(fā)明[A];2004“安徽制造業(yè)發(fā)展”博士科技論壇論文集[C];2004年

7 高洋;劉志峰;黃海鴻;張雷;;產(chǎn)品拆卸性能的設(shè)計過程評估[A];2009海峽兩岸機械科技論壇論文集[C];2009年

8 萬舉勇;劉志峰;劉光復;;綠色設(shè)計與可持續(xù)發(fā)展[A];2004“安徽制造業(yè)發(fā)展”博士科技論壇論文集[C];2004年

9 劉軍;;創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)視野下設(shè)計的行為演變[A];節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會論文集（二）[C];2007年

10 郭媛媛;孫青;;淺談設(shè)計思維[A];首屆中國高校美術(shù)與設(shè)計論壇論文集（上）[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 寸十;談與“設(shè)計”相關(guān)的幾個概念[N];建筑時報;2003年

2 Sami Nerenberg;設(shè)計的維度[N];21世紀經(jīng)濟報道;2011年

3 實習記者 全文鑫;年江：設(shè)計,個人思想的延續(xù)[N];中華建筑報;2011年

4 中航工業(yè)制造所 段愛琴　王興華;應用六西格瑪設(shè)計究竟改變了什么?[N];中國航空報;2011年

5 王慶林 山東天翔毛紡織有限公司開發(fā)部主任;讓設(shè)計附加值成為企業(yè)“必殺技”[N];中國紡織報;2014年

6 于 丹;景觀的過度設(shè)計與適度設(shè)計[N];建筑時報;2006年

7 記者 王光睿;中國工程院院士潘鏡芙:艦船設(shè)計要在實踐中不斷優(yōu)化[N];中國船舶報;2010年

8 中國聯(lián)合工程公司;“杭州之門”項目的綠色設(shè)計及分析[N];中華建筑報;2013年

9 本報記者 蔡萌;中國設(shè)計：暗香涌動[N];中國文化報;2014年

10 世博;上海世博會門票設(shè)計師 揭秘鮮為人知的細節(jié)[N];中國包裝報;2009年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 于加晴;基于分解的設(shè)計過程重用方法研究[D];北京交通大學;2011年

2 容芷君;基于群體決策的協(xié)同設(shè)計過程研究[D];華中科技大學;2007年

3 崔衛(wèi)華;產(chǎn)品多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計過程的CCM-A建模技術(shù)研究[D];武漢理工大學;2007年

4 羅天洪;網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動的協(xié)同設(shè)計幾何模型共享技術(shù)研究[D];重慶大學;2005年

5 周丹;基于設(shè)計元與公理設(shè)計理論的能量優(yōu)化設(shè)計方法研究[D];合肥工業(yè)大學;2012年

6 李保建;協(xié)同設(shè)計中的協(xié)作支持技術(shù)研究[D];中國科學院研究生院（計算技術(shù)研究所）;1999年

7 孟昕;SoC設(shè)計優(yōu)化的域特定語言方法和建模[D];浙江大學;2010年

8 梁艷紅;基于專利挖掘的創(chuàng)新設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究[D];河北工業(yè)大學;2011年

9 侯鑫;基于本體的設(shè)計重用技術(shù)研究及其在CAFD中的應用[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

10 譚武征;基于知識的概念創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];上海交通大學;2008年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 游文婷;餐具設(shè)計中隱喻方法的研究[D];中國美術(shù)學院;2011年

2 杜淼;非物質(zhì)設(shè)計與生活形態(tài)研究[D];大連工業(yè)大學;2009年

3 賈昕妍;可持續(xù)發(fā)展理念下的綠色設(shè)計[D];天津師范大學;2010年

4 羅志偉;產(chǎn)品多學科協(xié)同設(shè)計中圖形協(xié)同及語義協(xié)商的研究[D];福州大學;2005年

5 董雅松;創(chuàng)新設(shè)計類型、方法研究及CreaDesign系統(tǒng)總體設(shè)計[D];四川大學;2006年

6 朱吉虹;論圓形思維指導下的設(shè)計批評[D];湖南大學;2003年

7 汪凌燕;老年人休閑產(chǎn)品的設(shè)計研究[D];合肥工業(yè)大學;2008年

8 黃偉杰;動漫產(chǎn)品設(shè)計協(xié)同原型系統(tǒng)的研究[D];汕頭大學;2011年

9 張曉霞;現(xiàn)代設(shè)計不同發(fā)展階段的設(shè)計思維變遷[D];東北大學;2007年

10 葉霞;產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[D];南京理工大學;2002年

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的32位軟核處理器的設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：324212