基于SPARC V8的RISC处理器中IU的设计和研究

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作为嵌入式系统的核心,微处理器以其灵活,功能强大等优势,已广泛应用在信息技术的各个领域。无论是家电产品多媒体和数字信号处理领域,还是卫星发射导弹制导都离不开微处理器。其中RISC(精简指令集计算机)因为产生的机器码更有效、更密集,使得编码器很容易实现其密度接近于机器能力的代码,其性能价格比超过了传统的CISC,速度也比CISC快,且硬件结构功能分布清楚,工艺技术先进等优点,越来越受到人们的重视和使用。论文在对嵌入式微处理器通用结构研究的基础上,参考SPARCV8指令系统,实现了微处理器的基本结构。   本课题的内容是设计RISC处理器的整数单元(IU)。整数单元是微处理器的主要组成部分,其主要作用是执行所有的整数运算指令和控制指令。整数运算能力是CPU中重要的性能指标。整数单元的设计研究对高性能的处理器设计有着重要的意义。整数单元采用五级流水线结构设计。论文详细阐述了流水线设计过程,对流水线的结构冒险,控制冒险和数据冒险等问题进行分析,并提出了解决方法,同时对运算单元中超前进位加法器和32位乘法器的设计作了详尽的介绍。   在阐述设计的同时,还对可综合VerilogHDL代码的风格进行了探讨,并以设计中遇到的问题为例,提出了自己关于代码可综合性的一些看法和建议。   使用VerilogHDL语言对IU模块进行RTL描述,在完成对设计的功能仿真后,我们还使用“基于PCI总线的IP验证平台”对设计中的乘法器进行FPGA的硬件验证,验证结果表明我们所设计的模块功能和性能都符合我们初始的要求。   考虑到本设计是作为一个IP使用,所以不但进行了FPGA的综合,还基于台联电公司(UMC)的0.35umCMOS工艺库进行了ASIC的综合,并且使用Cadence公司的IC设计软件对设计进行了自动布局布线,最终得到GDSⅡ文件,完整地实现了一个IP的设计流程。
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