基于FPGA的可重构控制系统研究

发布时间：2017-07-19 12:20

  本文关键词：基于FPGA的可重构控制系统研究

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【摘要】：模型机设计是CPU设计的重要环节,其根据控制器的不同,分为微程序控制的模型机和组合逻辑控制的模型机,现将FPGA技术应用到这两种模型机的设计当中,再利用FPGA技术所具有的可重构性,实现基于FPGA的可重构控制系统的研究。利用FPGA技术,使得我们可以通过软件编程的方式对模型机的各功能部件进行设计,设计完成的模型机系统可以实现模型机的整机及运算器、存储器等各模块的分析与验证,而且由于FPGA的可重复编程性,使得模型机的灵活性及创新性得以提高。微程序控制的模型机和组合逻辑控制的模型机均采用8位单总线结构;运算器、存储器、停机电路等采用相同的设计;对于指令系统的设计借鉴了精简指令系统的设计思想,由于微程序控制的模型机主要用于实现算术运算类程序,组合逻辑控制的模型机主要用于实现跳转类程序,所以两种模型机的指令系统设计不同;其时序电路及控制器的设计根据需求也不相同,但两种模型机的整体设计均采用原理图和VHDL编程语言混合输入而成。设计完成的各功能模块及模型机整机在装有FPGA芯片的开发板DE2上一一实现。微程序控制的模型机和组合逻辑控制的模型机两者在功能实现上各有优势:组合逻辑控制的模型机执行速度较快,而微程序控制的模型机较为稳定。正因为此,我们将算术运算类程序应用到微程序控制的模型机当中,将跳转类程序应用到组合逻辑控制的模型机当中。采用FPGA技术设计的模型机有效地增强了设计的灵活性,提高了整机的性能。
【关键词】：模型机 FPGA 微程序 组合逻辑 控制器 指令系统 可重构
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究目的及意义9
• 1.2 模型机及可重构构研究现状9-10
• 1.3 论文的主要工作及安排10-13
• 第二章 实验环境介绍13-15
• 2.1 实验环境介绍13-14
• 2.1.1 FPGA的设计流程13-14
• 2.1.2 实验平台介绍14
• 2.2 本章小结14-15
• 第三章 可重构控制系统中指令集的设计15-19
• 3.1 微程序方式的指令集设计15-16
• 3.2 组合逻辑方式的指令集设计16-17
• 3.3 指令类型17
• 3.4 本章小结17-19
• 第四章 可重构控制系统中微程序控制器的设计与实现19-33
• 4.1 可重构系统中微程序节拍电路的设计19-20
• 4.2 可重构系统中的微程序设计技术20-23
• 4.2.1 微指令格式20-21
• 4.2.2 微程序操作流程21-23
• 4.2.3 微程序入.地址的产生23
• 4.3 可重构系统中微程序控制器的设计及仿真23-32
• 4.3.1 微程序译码电路的设计与仿真24-26
• 4.3.2 微程序控制存储器的设计与仿真26-29
• 4.3.3 微程序控制器的设计与仿真29-32
• 4.4 本章小结32-33
• 第五章 可重构控制系统中组合逻辑控制器设计与实现33-49
• 5.1 可重构系统中组合逻辑节拍电路的设计33
• 5.2 可重构系统中组合逻辑控制器总体设计33-34
• 5.3 可重构系统中组合逻辑指令译码器设计34-37
• 5.3.1 指令译码器的整体设计思路34-35
• 5.3.2 指令集分析35-36
• 5.3.3 指令译码电路的设计与仿真36-37
• 5.4 可重构系统中控制逻辑电路的设计与实现37-44
• 5.4.1 控制信号的产生38-40
• 5.4.2 控制信号逻辑表达式40-42
• 5.4.3 控制逻辑电路的设计与仿真42-44
• 5.5 可重构系统中组合逻辑控制器的设计与仿真44-48
• 5.5.1 组合逻辑控制器的设计44-45
• 5.5.2 组合逻辑控制器的仿真45-48
• 5.6 本章小结48-49
• 第六章 可重构控制系统中模型机的选用及整体搭建49-59
• 6.1 可重构控制系统中模型机的选用49-50
• 6.2 可重构控制系统中微程序控制方式的整机搭建与调试50-54
• 6.2.1 外围接.配置50-52
• 6.2.2 仿真与验证52-54
• 6.3 可重构控制系统中组合逻辑控制方式的整机搭建与调试54-56
• 6.3.1 外围接.配置54-55
• 6.3.2 仿真与验证55-56
• 6.4 模型机操作流程及两种模型机的比较56-58
• 6.4.1 两种模型机操作流程56-57
• 6.4.2 两种模型机比较57-58
• 6.5 本章小结58-59
• 第七章 总结与展望59-61
• 参考文献61-63
• 附录A63-65
• 附录B65-66
• 附录C66-67
• 附录D67-68
• 附录E68-69
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果69-71
• 致谢71-72

【参考文献】

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1 王冬;;基于RISC处理器模型机的设计[J];中国水运(下半月);2009年02期

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本文编号：562884