32位5级流水线嵌入式处理器设计

发布时间：2020-11-10 03:58

　　 嵌入式处理器被大量应用于消费市场上的各种数字设备中,例如手机、数码相机、数码摄像机以及汽车信息系统。由于消费电子市场的快速发展,嵌入式处理器市场正不断扩大。传统的嵌入式处理器的主要设计目标是低成本、低功耗以及小的芯片面积。但随着嵌入式应用对计算能力的要求不断提高,对高性能的32位嵌入式处理器的需求在持续上升。因此研究高性能32位嵌入式处理器的设计与开发是非常重要的。 本文介绍了Beta指令集结构,包括机器模型,完全的32条指令的编码和规范,异常处理,以及软件约定;基于Beta指令集结构,我们设计和实现了32位嵌入式处理器Beta5。Beta5是一种32位哈佛结构RISC处理器,具有5级流水线和全旁路以及完整的Cache系统,包括16KB的指令缓存和16KB数据缓存以及独立的指令缓存控制器和数据缓存控制器。为提高性能,在Beta5中还采用了索引共享全局历史算法分支预测模块。本文详细阐述了Beta5处理器的设计和实现,包括Beta5处理器的整体结构设计,流水线及流水线控制器设计,旁路及旁路控制器设计,Cache技术分析与Cache系统设计,以及动态分支预测技术分析与动态分支预测模块的设计;本文还介绍了Beta5的开发与测试流程,包括行为仿真、RTL设计与验证的流程和方法,FPGA开发与验证平台以及利用ChipScope Pro在FPGA开发平台上进行硬件测试。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TP332
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 课题背景与意义
    1.2 处理器软核发展动态
    1.3 课题研究内容
    1.4 论文的组织
第二章 BETA 指令集结构
    2.1 计算机模型
    2.2 指令编码
    2.3 指令概述
    2.4 指令规范
    2.5 异常处理的扩充
    2.6 软件约定
    2.7 BETA 指令格式小结
第三章 BETA5 处理器设计
    3.1 BETA5 处理器整体结构设计
    3.2 ALU 设计
    3.3 流水线冒险问题
    3.4 旁路控制逻辑设计
    3.5 CACHE 分析与设计
    3.6 动态分支预测技术分析
    3.7 取指令模块设计
    3.8 异常与中断处理
    3.9 流水线控制器设计
第四章 BETA5 的仿真与测试
    4.1 软件仿真与测试
    4.2 使用FPGA 进行硬件测试
第五章 总结及未来的工作
    5.1 总结
    5.2 未来的工作
致谢
参考文献
攻硕期间取得的研究成果

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 韩梅;;基于嵌入式技术的数据记录器研究[J];信息技术;2011年06期

2 ;LabVIEW和CompactRIO实现清洗机流水线自动化[J];软件;2010年08期

3 丁莉;;基于ARM9的远程频率采集系统设计[J];微电子学与计算机;2011年07期

4 钟宏;刘地军;;FPGA与嵌入式处理器通信设计与实现[J];信息安全与通信保密;2011年08期

5 陈海民;李峥;王瑞蛟;;嵌入式微处理器分支预测的设计与实现[J];计算机应用;2011年07期

6 张汝敏;张运楚;郑学汉;;智能摄像机技术及发展[J];计算机系统应用;2011年07期

7 吴黎慧;蒲南江;张娟娟;;基于闪存阵列的高速存储方法[J];电子测试;2011年07期

8 鞠乾翱;陈晓明;应忍冬;;基于超声波的头部动作侦测设计[J];信息技术;2011年08期

9 刁玉;宋泽琳;马令坤;;基于FPGA的CORDIC算法的改进及实现[J];微型机与应用;2011年16期

10 彭文亮;赵慧元;苏禹;;传感器技术在SMT传输系统中的应用[J];电子设计工程;2011年08期

相关博士学位论文 前10条

1 霍文捷;嵌入式处理器安全运行机制的研究与设计[D];华中科技大学;2010年

2 孟建熠;超标量嵌入式处理器关键技术设计研究[D];浙江大学;2009年

3 殷燎;面向SoC的IP核及嵌入式处理器功能验证方法研究[D];浙江大学;2010年

4 夏军;32位RISC微处理器设计研究[D];华中科技大学;2004年

5 阳晔;面向嵌入式处理器的代码压缩研究[D];浙江大学;2007年

6 严伟;面向电机控制数字信号处理器设计和测试研究[D];上海大学;2004年

7 朱岩;基于闪存的星载高速大容量存储技术的研究[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2006年

8 邹连英;嵌入式TCP/IP以太网控制器芯片研究与设计[D];华中科技大学;2006年

9 丁雅斌;隐式表达三维模型流水线的关键技术研究[D];天津大学;2007年

10 赵江滨;传感器网络应用开发基础技术研究[D];华中科技大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 张奕;32位5级流水线嵌入式处理器设计[D];电子科技大学;2007年

2 王霞;一种超声用的可变中心频率数字带通滤波器的FPGA设计[D];电子科技大学;2008年

3 李明刚;64位MIPS微处理器的模块设计和FPGA验证[D];合肥工业大学;2005年

4 吴小军;数字化服装生产工艺信息技术研究[D];东华大学;2006年

5 胡平;我国中小型服装企业敏捷化生产模式的研究[D];天津工业大学;2006年

6 陈博洋;防病毒引擎的设计研究[D];浙江大学;2006年

7 陆洲;基于FPGA的嵌入式彩色图像检测系统[D];天津大学;2006年

8 丁研;三棵树车辆段修制改革的初步研究[D];西南交通大学;2008年

9 王振群;低功耗流水线模数转换器（ADC）关键单元电路设计[D];哈尔滨理工大学;2009年

10 冯阳;基于嵌入式处理器的无线便携式脑电采集系统设计[D];电子科技大学;2012年

本文编号：2877443