一種精簡指令集CPU的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著信息技術和物聯(lián)網技術的飛速發(fā)展，微控制器的應用愈加廣泛，而它的核心單元是 CPU，其功能主要是解釋機器指令以及對數(shù)據(jù)進行處理，極大程度上說，CPU的性能決定了整個片上系統(tǒng)的性能。目前，國內產品中所使用的CPU大都是國外設計或授權生產，如ARM和Intel。因此，研發(fā)具有自主知識產權的CPU，對國家信息產業(yè)的發(fā)展有著深遠的影響，對國家利益的保障意義重大。
　　本文研究了一種高性能精簡指令集CPU的設計及實現(xiàn)。CPU整體采用哈佛結

2、構進行設計，它一種將程序指令儲存和數(shù)據(jù)儲存分開的存儲器結構，能夠明顯地減少數(shù)據(jù)和指令阻塞的情況，極大提高CPU的處理效率。同時，采用精簡指令集指令集，其顯著特點是每條指令的指令格式和指令周都期相同，這有利于其內部高速流水線的設計和實現(xiàn)。整個設計采用了自頂向下與自底向上相結合的設計方法，模塊化的設計思想讓從整體CPU的架構設計到各個功能模塊的實現(xiàn)變得簡單易行。文中較為詳細地闡述了AXI片內總線、流水線、緩存、內存管理單元、程序計數(shù)器、算術

3、邏輯單元、分支預測單元、中斷控制器的實現(xiàn)，CPU功能模塊也正是以此進行劃分，并主要側重于基本原理的介紹，對算法的構造不做具體的闡述。同時，結合整個數(shù)字芯片設計的流程，站在前端芯片設計人員的角度，分別從RTL代碼設計、前端功能性仿真、FPGA板上驗證、綜合、形式等效性檢查、靜態(tài)時序分析、后端功能性仿真、功耗估計等方面介紹了整個CPU芯片設計的流程，各個流程的嚴格把控是整個數(shù)字芯片設計成功的先決條件。從CPU的代碼設計到流片結束，通過對其進