在嵌入式系统中进行实时的音频信号处理不仅要求处理系统具有足额的并行处理能力,同时由于不同应用场景下的不同精度需求,系统也需要保留一定通用性以覆盖更多的应用场景,向量处理器则恰好能同时满足这两点。RISC-V向量指令集作为近年来最新出现的向量体系结构指令集,与其余向量指令集的架构定义相比,RISC-V向量指令集的指令功能更为独立,对任意向量长度处理更为简洁,指令编码与RISC-V标量指令集也高度匹配,但目前在标量处理器中扩展对于RISCV向量指令尤其是向量访存指令的支持没有通用的实现方案。本文从标量处理器的微处理器架构层面,分析在标量单元外围实现向量指令扩展需要解决的问题,提出RISC-V向量处理系统的通用硬件实现方法,完成对开源标量处理器的向量指令功能扩展,且针对音频信号处理所匹配的数据类型及音频信号处理算法所包含的算术操作内容,设计实现了能够适配向量数据总量的连续访存单元与满足音频信号处理应用需求的最小运算单元。音频信号处理算法通过大量循环对多个采样点实施相同的计算步骤,但向量指令集中并不存在相匹配的向量指令以满足同时多个采样点的特殊计算。故向量处理器在对多个采样点的子循环执行过程中,仅能通过多条标量指令来执行相关音频处理步骤,速度较慢同时造成了向量处理器内部各向量计算通路的闲置。本论文针对以上问题,结合RISC-V向量指令集编译原理提出了自定义指令实现方案,并设计了音频预处理向量算法相关自定义指令以验证该方案的可行性,优势在于不需要对编译器进行额外的改造,仅通过自定义指令的方式允许相关音频处理算法在向量处理器内部并行执行,以等同于向量指令的并行运算能力进行音频信号处理。总的来说,本文根据音频信号处理领域的工作负载与实现方案量身定制嵌入式音频信号处理系统架构,设计了一种与音频信号处理领域算法及数据类型高度契合的领域专用处理器,实验结果显示,向量处理器以标量处理器2.9倍的面积获得了最大11.72倍的指令条数优化,对应6.75倍的时钟周期数优化。通过配套的自定义指令与硬件调度逻辑进行预加重、FFT及功率谱运算,分别达到2.94倍、5.20倍与3.70倍的处理速度提升,以高度定制化的系统设计方案处理性能与功耗的平衡。