基于FPGA片上系统的模拟器设计与实现

发布时间：2021-03-29 12:53

　　在计算机体系结构的研究中,基于FPGA的高度定制化的系统是一种很有特色的研究的基础平台。这种高度定制化的CPU、I/O以及系统的解决方案为我们的研究提供了很多的便利。然而基于FPGA的系统在开发时效性、灵活性和易用性有它自己的局限性,与其配套的模拟器仍然是一个必不可少的工具。这样的模拟器需要对原先系统进行一个功能上完全的模拟,包括CPU、总线、I/O外设等,使得开发者可以无缝在这两者中使用和切换。而在具备这些特性的同时,模拟器也拥有人性化的UI、简单方便的调试功能,使得用户不需要FPGA硬件就可以在类似的软件上实现开发。本文目前所完成的工作有：1.一个完整的CPU模拟,从功能上模拟了硬件CPU的所有指令,协处理器0,中断异常以及内存管理单元。同时对CPU进行了性能上的优化,使其具有较高的运行效率。最后为CPU提供了硬件所不具有的方便的底层调试功能。2.完整的总线和外设模拟,包括可扩展的总线设备接口以及FPGA开发板上常见的外设。可以保证用户在使用模拟器和使用基于FPGA的硬件系统没有太大的区别。3.提供了人性化的UI,开发完成了内存寄存器查看修改、断点调试、中断控制等功能,使得用户的使... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 计算机体系结构
        1.1.2 FPGA的局限性
        1.1.3 模拟器
    1.2 系统简介
    1.3 本文组织结构
    1.4 本章小结
第2章 系统原理
    2.1 指令集架构
        2.1.1 寄存器
        2.1.2 指令格式
    2.2 协处理器
        2.2.1 CP0寄存器
        2.2.2 中断
        2.2.3 内存管理单元架构解析
    2.3 外设接口
    2.4 模拟方案
        2.4.1 语言选择
        2.4.2 模拟策略
    2.5 本章小结
第3章 CPU内核模拟
    3.1 CPU整体架构
    3.2 指令模拟
        3.2.1 单条指令模拟
        3.2.2 指令流程控制
    3.3 CPO模拟
        3.3.1 CPO寄存器
        3.3.2 中断模拟
        3.3.3 MMU模拟
    3.4 CPU整体性能优化
        3.4.1 TLB优化
        3.4.2 权限以及有效性判断加速
    3.5 Debug功能设计与实现
        3.5.1 CPU状态
        3.5.2 断点
    3.6 本章小结
第4章 总线以及I/O模拟
    4.1 总线以及I/O架构总览
    4.2 内存模拟以及设备接口设计
    4.3 外设模拟
        4.3.1 键盘模拟
        4.3.2 VGA模拟
        4.3.3 板级IO模拟
        4.3.4 SPI以及SD卡模拟
    4.4 本章小结
第5章 UI设计及系统展示
    5.1 UI设计总览
    5.2 系统展示
        5.2.1 主界面
        5.2.2 基本功能
        5.2.3 数据查看和修改
        5.2.4 调试
        5.2.5 样例示范
    5.3 本章小结
第6章 总结和展望
    6.1 总结目前工作
        6.1.1 CPU
        6.1.2 外设
        6.1.3 DEBUG
        6.1.4 整体运行情况
    6.2 展望未来
参考文献
致谢



本文编号：3107582