基于fpga的微處理器設計

1、<p>　　草魚草魚畢業(yè)設計（論文）草魚</p><p><b>　　草魚草魚</b></p><p><b>　　草魚草魚草魚</b></p><p>　設計(論文)題目 草魚 草魚 草魚基于FPGA的微處理器設計</p><p>　　摘 草魚 草魚 草魚要草魚本文使用結

2、構化編程方法，鯉魚將微處理器內(nèi)核按照功能劃分為不同的模塊，鯉魚采用VHDL語言設計每一個模塊的內(nèi)部功能和外圍接口，鯉魚設計實現(xiàn)了一種基于FPGA芯片的微處理器系統(tǒng)。草魚草魚該微處理器主要由控制器、pork運算器和寄存器組成，鯉魚具有指令控制、pork操作控制、pork時間控制和數(shù)據(jù)加工等基本功能，鯉魚可實現(xiàn)四位操作數(shù)的各種運算，鯉魚其指令長度為16位定長，鯉魚采用了直接尋址方式。草魚最后采用QUARTUSII對設計進行了仿真測試，鯉魚

3、結果表明設計實現(xiàn)了微處理器的主要功能。草魚草魚關 草魚鍵 草魚字：porkFPGA，鯉魚微處理器，鯉魚VHDL草魚ABSTRACT草魚A 草魚microprocessor 草魚on 草魚FPGA 草魚is 草魚realized 草魚by 草魚using 草魚structured 草魚programming. 草魚This 草魚microprocessor 草魚core 草魚is 草魚divided 草魚into 草魚several

4、 草魚different 草魚function 草魚modules 草魚which</p><p>　　目 草魚 草魚 草魚錄草魚摘 草魚 草魚 草魚要I草魚ABSTRACTIII草魚第1章 草魚緒論1草魚1.1 草魚背景1草魚1.2 草魚微處理器的概況1草魚1.3 草魚課題研究方法及技術背景2草魚1.3.1 草魚研究方法2草魚1.3.2 草魚技術背景2草魚1.4 草魚課題工作內(nèi)

5、容3草魚第二章 草魚微處理器體系結構4草魚2.1 草魚CPU的功能和構成4草魚2.2 草魚指令系統(tǒng)分析5草魚2.2.1 草魚RISC 草魚與總線結構5草魚2.2.2 草魚指令系統(tǒng)7草魚2.3 草魚指令時序分析8草魚2.3.1 草魚RISC與流水線8草魚2.3.2 草魚程序計數(shù)器與流水線9草魚2.4 草魚CPU整體結構即設計思想10草魚2.4.1 草魚CPU的外部引腳規(guī)劃10草魚2.4.2 草魚

6、CPU的整體框圖10草魚2.4.3 草魚CPU結構的層次劃分11草魚第三章 草魚CPU數(shù)據(jù)通路設計12草魚3.1 草魚程序計數(shù)器模塊PC13草魚3.2 草魚程序存儲器PC_RAM13草魚3.3 草魚指令寄存器模塊14草魚3.</p><p>　　第1章 草魚緒論草魚1.1 草魚背景草魚隨著數(shù)字通信和工業(yè)控制領域的高速發(fā)展，鯉魚超大規(guī)模集成電路的集成度和工藝水平不斷提高，鯉魚要求專用集成

7、電路(ASIC)的功能越來越強，鯉魚功耗越來越低，鯉魚生產(chǎn)周期越來越短，鯉魚這些都對芯片設計提出了巨大的挑戰(zhàn)，鯉魚傳統(tǒng)的芯片設計方法已經(jīng)不能適應復雜的應用需求了，鯉魚將整個應用電子系統(tǒng)集成在一個芯片中(SOC)，鯉魚 草魚已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計的趨勢。草魚簡單來說，鯉魚SOC是一種將多個獨立的VLSI設計拼合在一起，鯉魚來形成某一應用所需的全部功能的集成電路，鯉魚以其高集成度、pork低功耗等優(yōu)點越來越受歡迎[1]。草魚草魚中國的電子

8、信息產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在增長迅速，鯉魚主要集中在移動通信設備、pork數(shù)據(jù)通信設備、pork計算機及消費產(chǎn)品領域。草魚考慮到我國電子信息市場的特殊性，鯉魚即巨大的移動通信和數(shù)字家電市場的核心芯片主要依賴進口的狀況。草魚巨大的市場的需求決定了開發(fā)SOC的必要性，鯉魚現(xiàn)在數(shù)字家電的片上系統(tǒng)研究己經(jīng)成為研究的熱點之一。草魚研究SOC的設計方法和驗證方法具有很大的現(xiàn)實意義[2-3]。草魚其中CPU是SOC的重要組成部分，鯉魚可以完</p>&

9、lt;p>　　草魚2、pork尋址方式草魚本文指令系統(tǒng)的尋址方式為下面兩種直接尋址方式：pork草魚單一寄存器尋址。草魚操作數(shù)在目的寄存器；pork草魚雙寄存器尋址。草魚操作數(shù)分別在目的寄存器和源操作寄存器中。草魚草魚3、pork指令格式定義草魚正如以前所提到的，鯉魚RISC總是有固定長度以便于譯碼。草魚對設計的微處理，鯉魚每個指令都是固定的16位長度，鯉魚其中操作碼占用16 草魚位指令字的高4 草魚位。草魚所有的指令

10、碼都很容易譯碼。草魚對兩個寄存器的指令，鯉魚d選擇目的寄存器，鯉魚:r選擇源寄存器，鯉魚4位可以尋址16個寄存器，鯉魚這種指令格式包括ADD，鯉魚SUB，鯉魚AND，鯉魚OR。草魚</p><p>　　草魚對于僅需要一個寄存器的指令，鯉魚d用來尋址目標寄存器。草魚這種指令格式包括LD，鯉魚LSL，鯉魚LSR指令。草魚</p><p>　　草魚對于立即數(shù)指令,指令中間8位是8位常數(shù)，鯉魚

11、其中H 草魚代表常數(shù)的高四位，鯉魚L代表常數(shù)的低四位，鯉魚d用來尋址目的寄存器。草魚這種指令格式包括MOV，鯉魚SD。草魚</p><p>　　草魚4、pork指令編碼草魚 草魚確定了指令的格式，鯉魚就可以對指令進行編碼，鯉魚這樣指令就有唯一的身份識別。草魚指令編碼結果如表2所示。草魚 草魚草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚表2

12、草魚指令編碼</p><p>　　草魚2.3 草魚指令時序分析草魚2.3.1 草魚RISC與流水線草魚指令的執(zhí)行分成兩個階段：pork取指階段和執(zhí)行階段。草魚在取指階段，鯉魚指令機器碼被取到指令寄存器，鯉魚控制單元通過譯碼知道這是個什么樣的指令，鯉魚需要執(zhí)行什草魚么樣的操作，鯉魚需要什么操作數(shù)；pork在執(zhí)行階段當前指令以及取指完畢，鯉魚上一條指令被執(zhí)行。草魚這樣按順序第1條指令執(zhí)行完再取第2條指令，鯉魚

13、第2條執(zhí)行完在取第3條指令的順序執(zhí)行方式執(zhí)行一條指令最少需要兩個時鐘周期，鯉魚如果執(zhí)行10條指令那么就得需要10個時鐘周期，鯉魚顯然這樣指令的執(zhí)行效率不高。草魚為了解決這個問題，鯉魚本次設計中引入了流水線(pipeline)操作。草魚8位CPU采用兩級流水線技術，鯉魚指令的流水線可以用圖2-4來簡單的示意：pork草魚草魚圖2-4 草魚流水線指令執(zhí)行草魚由圖可以看出，鯉魚盡管每條指令的完成需要兩個周期的時間，鯉魚但是在流水線結構中

14、，鯉魚當前指令的取值周期和上一條指令的執(zhí)行周期在時間上是重疊的，鯉魚對于這種并行操作，鯉魚從平均角度來看，鯉魚相當于一個周期內(nèi)完成一條指令，鯉魚因此可以大大提高指令的運行速度[1</p><p>　　草魚表3表明，鯉魚在系統(tǒng)復位時，鯉魚PC內(nèi)的值清0，鯉魚第一個時鐘周期，鯉魚指令寄存器取PC為0的地址的指令，鯉魚同時PC的值加1；pork第二個時鐘周期，鯉魚執(zhí)行0地址的指令，鯉魚同時讀取地址1的指令，鯉魚同時P

15、C的值加1；pork第三個時鐘周期，鯉魚重復這樣的過程。草魚這樣可以得到結論：pork如果當前CPU正在執(zhí)行的是第N條指令，鯉魚那么指令寄存器正在讀取的是N+1條指令，鯉魚此時PC的值應該是N+2。草魚草魚2.4 草魚CPU整體結構即設計思想草魚在設計CPU 草魚之前整個結構的特性及由哪些模塊組成，鯉魚這些模塊之間的草魚互連關系以及整個CPU的最后輸出信號等都是要事先定義好的.。草魚草魚2.4.1 草魚CPU的外部引腳規(guī)劃草魚

16、從CPU外部看整個輸入輸出如圖2-5草魚草魚圖2-5 草魚CPU外部引腳信號草魚草魚該CPU有5個輸入引腳，鯉魚1個結果輸出端口以及一個運算溢出信號。草魚系統(tǒng)的時鐘信號將直接驅(qū)動驅(qū)動整個CPU。草魚WR信號是系統(tǒng)的異步指令輸入信號，鯉魚高電平有效。草魚當WR信號有效時，鯉魚整個CPU進入指令輸入狀態(tài)，鯉魚當WR低電平時CPU進入指令讀</p><p>　　5.3 草魚RISCCPU的功能仿真驗證草魚當把

17、所有的模塊都組裝成了一個整體，鯉魚再用QUARTUSII對這個整體進行編譯和綜合成功后就可以對CPU進行功能仿真。草魚驗證的工作是給它一個特定的程序，鯉魚從軟件仿真看它的運行結果是否符合設計的原來設計。草魚草魚5.3.1 草魚算術運算類指令驗證草魚匯編語言 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚機器碼 草魚 草魚草魚MOV 草魚R1, 草魚#36;pork 草魚 草魚 草魚 草魚

18、草魚 草魚 草魚0111010000100001 草魚 草魚草魚MOV 草魚R2,# 草魚129;pork 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚0111000110000010草魚ADD 草魚R1 草魚, 草魚 草魚R2;pork 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚0001000000010010草魚END 草魚;pork 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚 草魚10110000000000