基于0.13um CMOS工艺的RISC微处理器固核设计

发布时间：2017-04-30 04:10

  本文关键词：基于0.13um CMOS工艺的RISC微处理器固核设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：集成电路的发展这几年越来越受到重视,微处理器作为具有战略性作用的芯片更应得到重视,然而在其人才的培养上尚有不足,许多高校的计算机和微电子课程的实践无法很好地展开,因此,在微处理器的设计和人才培养方面应加大力度。即使是功能简单的微处理器,它的构造也是很复杂的,只有在亲自设计并完成微处理器后,才能更加深刻地了解。本课题的设计参考了RISC微处理器里的MIPS32的体系结构,并参考了经典的五级流水线技术,设计了RISC类型的五级流水线的三十二位的CPU,并使用中芯国际的0.13 um CMOS工艺进行综合来生成网表。在整个课题的研究过程中,从指令和CPU架构到门级电路,进行了大量的工作。在比较CISC和RISC的基础上,确定了能够实现存储、跳转、算数运算和逻辑运算等功能的二十条MIPS32类型的指令,并分别设计了这些指令对应的不同硬件电路,随后通过整合这些电路来实现完整的指令执行功能,并使用五级流水线技术来增加CPU的并行处理能力和提升CPU的执行效率。具体的实现过程从最基本的门级电路开始,来搭建各个功能模块。为了减少延迟和提高效率,设计了32位先行进位加法减法器、同时完成了32位全面移位器、比较器、扩展器、算数逻辑单元、程序计数器、寄存器堆和级间寄存器组等器件。在确定有独立的指令存储器和数据存储器后,通过控制单元实现指令的数据前推技术、暂停流水线和延迟转移技术来解决CPU的运行过程中的相关问题,从而达到对CPU的改进的目的。在处理器的测试过程中,采用覆盖关键点的测试方法,对指令运行中用到的数据的内部前推、流水线暂停和延迟转移技术进行重点验证,完成了CPU逻辑测试,证明该CPU符合要求。和其他CPU相比,本CPU是32位的,它比8位和16位的CPU单次处理的数据更大;它比单周期和多周期CPU的效率更高。本课题的CPU指令简洁,架构明显,设计深入到最基本的门级电路,同时可扩展性好。
【关键词】：微处理器 指令集 控制单元 Verilog HLD
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332

  本文关键词：基于0.13um CMOS工艺的RISC微处理器固核设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：336202