本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的可定制片上系統(tǒng)研究平臺的設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：計算機體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究,往往由于可視化程度不足、調(diào)試方法簡陋、硬件流片成本高昂等原因而困難重重。直到時鐘級的系統(tǒng)模擬器如Gem5,以及可編程硬件結(jié)構(gòu)如FPGA的出現(xiàn),帶來了全新的曙光。本文介紹了一個在FPGA之上設(shè)計實現(xiàn)的小而精的片上系統(tǒng),該系統(tǒng)具有模塊化、可定制、易于移植、擴展性強等特點。作為一個基礎(chǔ)的科研平臺,本系統(tǒng)非常適合于體系結(jié)構(gòu)各個研究領(lǐng)域的快速原型開發(fā)和驗證。本文的主要工作有：1.設(shè)計并實現(xiàn)兼容MIPS指令集的五級流水CPU,支持53條常用指令。2.設(shè)計并實現(xiàn)一整套核心模塊,如CPO、Cache、MMU、中斷控制器等,能夠支持多任務(wù)操作系統(tǒng)的運行。3.設(shè)計并實現(xiàn)內(nèi)部傳輸總線用于CPU與外部模塊的連接,支持Wishbone接口及其Burst傳輸模式。4.設(shè)計并實現(xiàn)必要的外設(shè)模塊,如PS2、UART、VGA、FLASH、PCM、SD卡等,并使用較為合理的地址分配策略進行管理。5.集成以上各個組件,完成一個小巧完整、可獨立運行的片上系統(tǒng)。同時保證各模塊間的低耦合,可以直接對各個模塊進行方便地配置,包括MMU、Cache等核心部件。
【關(guān)鍵詞】：可編程電路 片上系統(tǒng) 研究平臺
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP303;TN791
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-16
• 1.1 課題背景12-13
• 1.2 現(xiàn)有產(chǎn)品介紹13-14
• 1.2.1 Leon13
• 1.2.2 RISC-V13
• 1.2.3 MIPSfpga13
• 1.2.4 與本項目的比較13-14
• 1.3 項目整體框架14-15
• 1.4 本人工作15
• 1.5 本文組織結(jié)構(gòu)15-16
• 第2章 處理器擴展設(shè)計與實現(xiàn)16-42
• 2.1 CPU模塊化設(shè)計16-18
• 2.2 CPU指令集18-20
• 2.3 CPO寄存器設(shè)計20-24
• 2.3.0 狀態(tài)寄存器21
• 2.3.1 異常參數(shù)寄存器21-22
• 2.3.2 異常返回地址寄存器22
• 2.3.3 異常處理基址寄存器22
• 2.3.4 中斷使能寄存器22
• 2.3.5 中斷來源寄存器22-23
• 2.3.6 頁目錄基址寄存器23
• 2.3.7 計時間隔寄存器23-24
• 2.3.8 看門狗寄存器24
• 2.4 核心態(tài)控制24-25
• 2.5 中斷處理25-34
• 2.5.1 中斷分類26-28
• 2.5.2 流水線中斷捕獲28-30
• 2.5.3 中斷嵌套和中斷入口點30-34
• 2.6 分頁管理34-38
• 2.6.1 兩級頁表結(jié)構(gòu)34-36
• 2.6.2 TLB設(shè)計36
• 2.6.3 MMU實現(xiàn)36-38
• 2.7 流水線控制38-40
• 2.8 本章小結(jié)40-42
• 第3章 總線架構(gòu)與Cache加速42-64
• 3.1 Wishbone總線介紹42-48
• 3.1.1 共享總線結(jié)構(gòu)42-43
• 3.1.2 信號線組成43-45
• 3.1.3 通訊協(xié)議45-47
• 3.1.4 優(yōu)缺點分析47-48
• 3.2 跨時鐘域數(shù)據(jù)傳遞48-58
• 3.2.1 異步FIFO49-54
• 3.2.2 同步FIFO54-58
• 3.2.3 同步與異步的比較58
• 3.3 CPU的Cache58-63
• 3.3.1 Cache存儲結(jié)構(gòu)58-60
• 3.3.2 Cache控制狀態(tài)機60-61
• 3.3.3 虛索引實標簽61-62
• 3.3.4 MMU的Cache讀取62-63
• 3.4 本章小結(jié)63-64
• 第4章 外設(shè)IO與地址分配64-78
• 4.1 設(shè)備地址分配64-66
• 4.2 IO設(shè)備總線橋66-67
• 4.3 VGA設(shè)備實現(xiàn)67-71
• 4.3.1 VGA控制寄存器67-68
• 4.3.2 文本模式顯示68-70
• 4.3.3 圖形模式顯示70-71
• 4.4 UART設(shè)備實現(xiàn)71-76
• 4.4.1 UART寄存器72-74
• 4.4.2 數(shù)據(jù)接收74-75
• 4.4.3 數(shù)據(jù)發(fā)送75
• 4.4.4 UART中斷75-76
• 4.5 本章小結(jié)76-78
• 第5章 系統(tǒng)驗證78-88
• 5.1 系統(tǒng)模塊定制78-80
• 5.2 中斷驗證80-81
• 5.3 MMU與Cache驗證81-83
• 5.4 小型操作系統(tǒng)運行驗證83-85
• 5.5 應(yīng)用程序運行情況85-86
• 5.6 本章小結(jié)86-88
• 第6章 總結(jié)與展望88-90
• 參考文獻90-92
• 致謝92

【相似文獻】

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