在这个一切追求数字化的信息时代,诸如手机、电脑以及智能家居等电子产品已经离不开人们的生活,这些智能产品基本都会具备一个被称为微控制器的核心芯片。微控制器与其他外设及接口一起构成了微控制器,以实现对各种智能电子产品的不同功能控制,从而确保电子产品在工业、国防、通信以及交通等领域为人们服务。处理器的性能优化,可以提高整个处理流程的速度,所以深入研究控制器并进行优化设计具有一定的理论与实际意义。本文在RISC-V指令集的基础上完成其处理器中控制器的相关研究,主要工作如下:一、分析RISC-V指令集的体系结构。本文使RISC-V指令集中常用的指令作为基础,通过对比分析RISC-V指令集的特点,并充分利用该指令集简洁,精简的优势,完成RISC-V微控制器结构的设计。二、设计一款多级流水线的32位微控制器,实现了RISC-V中基本的47条指令,包括基本的运算指令,跳转指令,以及转移指令。在该处理器中,采用五级流水线位基本结构,使用静态预测机制,舍弃了经典的RSIC处理器中使用的分支延时槽技术。同时采用统一的精确同步异常处理方式,通过流水线空泡方法。在实现中断和异常的处理中,牺牲一个时钟周期的处理时间,来减少了因为分开处理精确同步异常与非精确异步异常等的硬件资源开销。三、通过Wishbone总线与控制器进行互联,对SDRAM控制器进行设计。该SDRAM控制器使用参数化设计的方式,可通过改变输入参数,实现不同型号SDRAM控制器的兼容。同时将核心控制器和总线控制器分开进行模块化设计,方便在进行其它总线互联时只需单独设计总线控制器模块即可。四、采用焦点验证的方式对所设计的微控制器进行验证。本次验证使用的是Modelsim软件进行搭建验证环境,完成了微控制器在逻辑、移位和算术指令的验证。同时将所设计的微控制器下载至FPGA中进行验证,可得出验证结果符合预期要求。