64位RISC处理器的结构设计及仿真.pdf

西北工业大学
硕士学位论文
64位RISC处理器的结构设计及仿真
姓名:江艳
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:李勇
20050301
西北工业大学硕士学位论文摘要
摘要
随着信息技术的发展,为了满足高速信息处理和复杂智能控制的要求,以
微处理器为控制核心的电路系统应用日益广泛。微处理器体系结构方面的研究
和设计,可以推动我国集成电路的发展,满足信息产业发展的要求。
本论文的研究内容是深圳艾科创新微电子有限公司承担的国家高技术研究
发展计划计划项目的一部分。处理器由定点执行单元、储存子
系统和寄存器堆、流水线控制单元和总线接口单
元五部分组成,采用五级流水线执行指令。本论文完成流水线控制单元的
设计与实现、处理器的系统测试与仿真及验证。其中,重点是流
水线控制尤其是异常处理子系统的设计与实现。
本论文的研究工作包括
系统地开展了有关位处理器中流水线控制部分的研究和设计。按
照功能将流水线控制部分划分了不同模块,然后按照自顶向下的思想进行了
该部分的设计与实现。所设计的流水线控制部分主要包括单元、
单元、异常处理子系统等,这其中重点是异常处理子系统的设计与实
现。
系统控制协处理器中的操作。堆中的寄存器主要支持虚
拟存储管理、运行模式转换及异常处理功能。本论文中,我们主要讨论在发
生流水线异常时,的操作,包括保存现场、模式转换、软件程序
加载等一系列动作。
异常处理子系统及系统的功能仿真。对异常处理子系统在模
块级、子系统级和芯片级三个层次上分别进行功能仿真。
处理器的验证。测试大量应用程序如等,最终
通过和操作系统的测试。
通过本论文的研究,为我国设计研制具有自主知识产权的嵌入式微处理器
积累了经验。
关键词流水线控制,异常处理,系统控制协处理器,功能仿真,
西北工业大学硕士学位论文







功,
西北工业丸学硕士学位论文第一章绪论
第一章绪论
课题背景及意义
人类社会的发展已经进入了信息时代。各种信息技术构成了信息时代的基
础,而信息技术的基础是微电子技术,集成电路是电子信息产业的命脉,对国
民经济发展和国防建设都具有十分重大的意义。作为信息处理核心的微处理器
己经渗透到通信、家电、铁路、石油、煤矿、商务等与人们日常生活密切相关
的各行各业。
中国有巨大的市场,这个市场将在五至十年内直逼美国。预计到
年,中国芯片的总需求将达亿美元,这是中国生存和发展的巨大市场
空间。“十五”期间,中国把社会信息化、以信息化促进工业化放在发展经济极
为重要的地位,这使中国的产业会有飞速发展,而作为中国产业的心脏
—中国自主知识产权的,是中国业腾飞的强力发动机。
目前曾被美国垄断了几十年、基本上形成一花独放的微处理器技术,正在面
临一场大的技术变革。集成电路的线宽正从深亚微米走向超深亚微米技
术在迅猛发展近年之后正处在呼唤新一代微处理器结构的战略转折时期
也正在向发展,层出不穷的单芯片系
统将大量涌现。在国外,通用方面虽然的地位无人
能及,但是对它的威胁也是与日俱增,另外在嵌入式方面
等公司更是异军突起。
在中国,一批世界一流的制造工厂如上海的工程以及投资超过
亿美元的中芯微电子公司和宏力半导体公司正在紧锣密鼓地建设,台积电也准
备在大陆设厂,中国在生产上将毫无问题。在上海、深圳、北京、西安,
一批设计企业也如雨后春笋般建立,这样开发中国就有了坚实的基础。
在前沿研究方面,北京大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、
国防科技大学、航天部所等院所一批高水平的科研人员已投入中国的
研究之中,中国正是龙吟虎啸之时。天时、地利、人和,发展的各
种机遇降临中国,中国人盼望自己的盼了年,今天,中国科学院计算
机技术研究所研制出了中国第一款高性能通用‘龙芯”中国台湾威盛
公司研发、量产的是全球第一颗以微米制程工艺制造的
年月,中芯的“方舟一号”成功通过测试。
现在,随着集成电路设计技术和工艺水平以及计算机技术的发展,微处理
器的应用已经渗透到了人类生活的各个领域。其强大的处理能力已经将计算机
从科学计算带入了多媒体和网络时代,精确和高速的计算能力提高了空间技术
的发展和国防的现代化水平,现在具有较高集成度的嵌入式系统也在、智
西北工业丸学硕士学位论文第一章绪论
第一章绪论
课题背景及意义
人类社会的发展已经进入了信息时代。各种信息技术构成了信息时代的基
础,而信息技术的基础是微电子技术,集成电路是电子信息产业的命脉,对国
民经