【正文】 基于 FPGA 的微處理器設計 畢業(yè)設計（論文） 設計 (論文 )題目 基于 FPGA的微處理器設計 ABSTRACT II 摘 要 本文使用結構化編程方法，將 微處理器 內(nèi)核按照功能劃分為不同的模塊，采用 VHDL語言設計每一個模塊的內(nèi)部功能和外圍接口， 設計 實現(xiàn)了 一種基于 FPGA芯片的微處理器系統(tǒng)。 該微處理器主要由控制器、運算器和寄存器組成，具有指令控制、操作控制、時間控制和數(shù)據(jù)加工等基本功能， 可實現(xiàn)四位操作數(shù)的各種運算， 其指令長度為 16位定長，采用 了 直接尋址方式 。 最后 采用 QUARTUSII對設計進行了 仿真測試， 結果 表明設計實現(xiàn)了微處理器的主要 功能 。 關 鍵 字： FPGA，微處理器， VHDL ABSTRACT III ABSTRACT A microprocessor on FPGA is realized by using structured programming. This microprocessor core is divided into several different function modules which are designed using VHDL. The microprocessor consists of controller, arithmetic unit and registers. It realizes the instruction control, operation control, time sequence control and data processing functions. The direct addressing mode is adopted. The various operations for 4bit operand can be achieved. Its instruction length is 16 bit. The design is simulated by using QUARTUSII, and the results show that the main functions of a microprocessor are achieved. Key Words: FPGA, CPU, VHDL 目錄 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................... II ABSTRACT .................................................................................................................... III 第 1 章 緒論 .................................................................................................................... 1 背景 ................................................................................................................... 1 微處理器的概況 .................................................................................................. 1 課題研究方法及技術背景 .................................................................................... 1 研究方法 ................................................................................................... 1 技術背景 ................................................................................................... 2 課題工作內(nèi)容 ..................................................................................................... 3 第二章 微處理器體系結構 ............................................................................................... 4 CPU 的功能和構成 ............................................................................................... 4 指令系統(tǒng)分析 ..................................................................................................... 5 RISC 與總線結構 ........................................................................................ 5 指令系統(tǒng) ................................................................................................... 6 指令時序分析 ..................................................................................................... 8 RISC 與流水線 ........................................................................................... 8 程序計數(shù)器與流水線 ................................................................................. 8 CPU 整體結構即設計思想 ..................................................................................... 9 CPU 的外部引腳規(guī)劃 ................................................................................. 9 CPU 的整體框圖 ....................................................................................... 10 CPU 結構的層次劃分 ................................................................................ 11 第三章 CPU 數(shù)據(jù)通路設計 ............................................................................................. 12 程序計數(shù)器模塊 PC ........................................................................................... 12 程序存儲器 PC_RAM.......................................................................................... 13 指令寄存器模塊 ................................................................................................ 14 時鐘發(fā) 生器模塊 ................................................................................................ 14 寄存器堆 TRAM ................................................................................................. 15 ALU 模塊 ............................................................................................................ 16 第四章 CPU 控制單元的設計 .......................................................................................... 18 控制器 Control 模塊 ........................................................................................... 18 有限狀態(tài)機 FSM 模塊 ........................................................................................ 19 有限狀態(tài)機 ............................................................................................. 19 利用的 VHDL 語言進行狀態(tài)機描述 ........................................................... 19 第五章 RISC CPU 的仿真驗證 .......................................................................................... 21 各模塊的組合 ................................................................................................... 21 綜合 RTL 電路圖 ................................................................................................ 21 RISCCPU 的功能仿真驗證 .................................................................................... 24 算術運算類指令驗證 ............................................................................... 24 邏輯運算類指令驗證 ............................................................................... 25 移位類指令驗證 ...................................................................................... 25 LD 數(shù)據(jù)輸出指令仿真 ............................................................................... 26 ST 運算數(shù)據(jù)存儲仿真 ................................................................................ 26 目錄 總結 ................................................................................................................. 27 第六章 總結和展望 .................................................................................................