在当今这个剧烈变化着的时代,伴随着诸如可穿戴电子产品、无人机、商用服务机器人、电动车内的各系统的车载控制器等智能设备越来越成熟、产品性能需求越来复杂,对充当伺服控制器的芯片的功能要求也越来越多变。因此采用旧有硬件结构的伺服控制器逐渐难以平衡实际应用中工程需求的各个方面。与此同时具备相当灵活性的So C设计也逐渐应用于伺服控制领域,伺服控制集成电路IP化已经是必然的趋势。目前,国内主打面向控制类需求的So C的发展同国外相比并不繁荣,为了填补相应的空白,本文设计开发了一款数据总线为32bit,支持单精度浮点运算的多任务伺服控制加速器IP,后文中简称伺服控制加速器或加速器。本文所实现的伺服控制加速器的具有8级流水线结构与31条指令,指令涵盖了双周期浮点乘法、单周期浮点加减法、单周期浮点比较运算、定点加减法、单周期定点浮点相互转换指令、逻辑位运算,以及直接和间接寻址转移、跳转等指令,充分覆盖了伺服控制和实时性要求较高场合的需求。其中,定周期浮点运算指令能够增强加速器处理控制算法有关运算时的性能,满足控制实时性的需求。同时,针对多数控制算法程序的执行往往遵循严格的采样控制周期,而某些控制系统的任务又具有突发性和不可预测性的特点,加速器专门设计了独特的程序任务处理机制。当出现特定外部中断或总线命令时,执行对应的程序任务,相关任务不被触发时,流水线处于静默状态,流水线内寄存器基本不出现翻转。加速器采用哈佛结构,通过AHB总线协议与外部程序和数据存储器以及其他对象进行交互,易于高效融入有关系统设计中。在完成了伺服控制加速器的设计之后,本文又搭建了仿真验证平台对RTL设计进行仿真验证。首先根据设计的功能点和结构特点,使用SV语言编写参考模型,搭建验证平台,对验证加速器执行单一任务的正确性,即程序指令执行的正确性进行仿真验证。然后在该平台的基础上进行改造,使用改造后的平台对加速器执行任务以外的功能点进行仿真验证。在设计通过仿真验证尽可能排除漏洞之后,对设计进行逻辑综合与物理实现。综合在Synopsys公司的DC平台上进行,物理实现在Synopsys公司的ICC平台上进行,采用中芯国际0.13um工艺库。最终课题所设计的伺服控制加速器IP面积为17163.02μm~2,在200MHz的频率下时序收敛,且在200MHz的最高时钟频率下功耗为15.5433m W,作为面向控制器类应用的IP核,其性能已基本达到实际应用的水平。