基于FPGA的CPU设计与实现.rar

高性能CPU 是国家技术实力的象征，拥有自主知识产权的CPU 对国家的经济、军事及安全具有重要意义。正是基于这个原因，本人在深入了解CPU的工作原理和设计方法的基础上，确定了具有一些常用指令的指令系统。并根据此系统设计了CPU的整体结构，并划分具体模块进行设计，最终完成了这款基于FPGA的16_RISC_CPU。 论文主要比较RISC和CISC 两种指令系统的特点和设计差别；介绍了流水线的概念以及由于流水线的引入而引起的冲突以及冲突检测方法。论文主要做的工作是制定本款CPU的指令系统和采用VHDL语言进行硬件电路设计以及最终的仿真验证工作。指令系统的设计主要包括指令的定义，指令流水线和根据指令类型设计的几种不同的数据通路。该指令系统包括各种常见的算术逻辑运算指令，跳转指令及存储指令等。硬件电路的设计大部分采用VHDL语言进行设计，并将整个CPU 分为取指、译码、执行、访存和回写五个阶段进行设计，为每一个阶段设计功能部件。并且为了协调各阶段有序进行还设计了控制器和为解决流水线冲突问题而设计冲突检测单元和数据前推单元等功能部件。 仿真验证工作，本设计进行了软件仿真验证和物理验证。软件仿真验证主要介绍功能仿真验证，由于时序仿真验证方式和功能仿真验证方法类似，所以时序仿真验证过程并没介绍。仿真验证方法为首先分阶段进行各段的主要功能部件验证，然后到最后对CPU 整机进行验证的方式。物理验证为将最终生成.sof 文件下载到DE2 开发板中进行验证。最终的仿真验证结果表明，所设计的CPU 完全兼容设计的指令系统，CPU 能按指定的指令执行指定的动作执行，时序和流水线正常，所设计CPU 符合要求。

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