基于FPGA的MIPS_CPU的設(shè)計.pdf

1、本文完成了對MIPS-CPU的指令集確定，流水線與架構(gòu)設(shè)計，代碼編寫，并且在x86計算機上搭建了稱為gccmips_elf的仿真系統(tǒng)，完成了對MIPS-CPU硬件系統(tǒng)的模擬仿真，最終完成FPGA芯片的下載與實現(xiàn)。 本文完成了包含34條指令的MIPS-CPU指令集的制定，完成了整個MIPS-CPU的架構(gòu)設(shè)計與5級流水線級數(shù)的確定。制定了整個CPU的主控制模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；根據(jù)MIPS-CPU的指令集的模式，完成了對不同模式下的指令

2、的分析，給出了相應(yīng)的取指，譯碼，產(chǎn)生新的程序存儲器尋址地址，執(zhí)行，數(shù)據(jù)存儲器與寄存器文件回寫的控制信號，完成取指令模塊，譯碼模塊，執(zhí)行模塊，數(shù)據(jù)回寫等模塊代碼的編寫，從而完成了流水線模塊的代碼設(shè)計。 重點分析了由于流水線設(shè)計而引入的競爭與冒險，分析了在不同流水線階段可能存在的競爭與冒險，對引起競爭與冒險的原因進行了確定，并通過增加一些電路邏輯來避免競爭與冒險的發(fā)生，完成了競爭與冒險檢測電路模塊以及數(shù)據(jù)回寫前饋電路模塊的代碼編寫，

3、從而解決了競爭與冒險的問題，使設(shè)計的5級流水線得以暢順實現(xiàn)。 完成了MIPS-CPU的仿真系統(tǒng)平臺的搭建，該仿真器用來對應(yīng)用程序進行編譯，鏈接與執(zhí)行，生成相應(yīng)匯編語言程序以及向量文件(16進制機器碼)；并且同時產(chǎn)生相關(guān)的Modelsim仿真，及Quartus II下載驗證的文件。本設(shè)計利用該仿真系統(tǒng)來評估設(shè)計的MIPS-CPU的硬件系統(tǒng)，模擬仿真結(jié)果證明本文設(shè)計的MIPS-CPU可以實現(xiàn)正常功能。本論文課題的研究成功對今后從事專

4、用RISC-CPU設(shè)計的同行提供了有益的參考。 最終將設(shè)計的MIPS-CPU下載到ALTERA公司的FPGA-EP1C6Q240芯片，并且借助ALTERA公司提供的Quartus II軟件進行了編譯與驗證，對設(shè)計的MIPS-CPU的資源使用，關(guān)鍵路徑上的時序，布線情況進行了分析，最終完成各個指標的檢查，并且借助Quartus II軟件內(nèi)嵌的Signal Tap軟件進行軟硬件聯(lián)合調(diào)試，結(jié)果表明設(shè)計的MIPS-CPU功能正常，滿足約