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电子技术的发展,把我们带进一个日新月异的数字时代,拥有庞大电子消费市场的中国,由于电子技术落后,导致核心的设计技术受制与人,而最为核心的处理器的设计,更是如此。产业化的今天,要想发展自己的工业CPU,必须先掌握嵌入式CPU的设计,通过使嵌入式CPU商用化而推动工业CPU的发展,从而带动电路设计技术发展。目前,CPU设计越来越被人所重视,但国内CPU设计人员匮乏,严重制约了电路设计产业的发展。因此在当前这种背景下做一些设计CPU的课题,对我国电路设计水平的提高有着重要意义。
本文详细介绍了MIPS/CPU的工作原理、特点、实现的指令结构类型以及流水线设计的优缺点,分析了流水线处理过程中遇到的结构相关、数据相关、控制相关等问题,提出了解决方法。在描述CPU各个模块的功能及相互关系的基础上,重点分析并设计了ALU单元模块,通过采用使能信号使其在单一时刻只能执行一种功能,极大的降低了功耗,且实现了MIPS/CPU的五级流水线设计。采用硬件语言Verilog HDL描述并实现了其电路结构,完成了相关的功能仿真和模块综合。
通过EDA仿真工具ModelSim对设计的CPU的五级流水线电路的各级模型进行了功能仿真,结果证明该电路模型能很好的实现CPU流水线的各级逻辑功能,并通过EDA综合工具Design Compiler,把电路模型综合成网表,为下一步后端设计打下基础。