【摘 要】
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MRKⅢ指令集及其扩展的MRKⅢe指令集是恩智浦公司（NXP）设计的非开源精简指令集（RISC）,广泛应用于车载智能电子设备中。对基于MRKⅢ指令集及其扩展的MRKⅢe指令集的CPU进行研究、设计和验证有助于发展自主的车用CPU指令集。在针对MRKⅢ及其扩展的MRKⅢe指令集进行研究和分析的基础上,采用二级流水结构设计了符合MRKⅢ指令集的CPU核,其支持指令预取机制以保证指令紧密存储下的快速取指
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MRKⅢ指令集及其扩展的MRKⅢe指令集是恩智浦公司（NXP）设计的非开源精简指令集（RISC）,广泛应用于车载智能电子设备中。对基于MRKⅢ指令集及其扩展的MRKⅢe指令集的CPU进行研究、设计和验证有助于发展自主的车用CPU指令集。在针对MRKⅢ及其扩展的MRKⅢe指令集进行研究和分析的基础上,采用二级流水结构设计了符合MRKⅢ指令集的CPU核,其支持指令预取机制以保证指令紧密存储下的快速取指令过程。设计的CPU核能够支持用户和系统两种模式,使得关键数据等信息受保护。在MRKⅢ CPU核的基础上进行结构扩展,实现了MRKⅢe扩展指令,新增结构包括位操作掩码产生单元、乘法器和除法器等单元。其中,位操作掩码产生单元将源操作数通过取反、移位等操作转化成掩码操作数,而后与目的操作数进行逻辑运算或者移动操作;乘法器单元基于乘法分配律将长乘法分解成短乘法,以减少面积;除法器基于减法运算和移位操作实现,将运算分解成多周期以减小硬件资源的消耗。仿真结果表明设计的CPU核能正确执行MRKⅢe指令集的所有指令及各种指令组合。采用ZYNQ7020实现了基于所设计CPU核的最小系统,综合结果表明CPU核占用了6598个LUT（查找表）、714个FF（触发器）,其中乘法器仅占用70个LUT,除法器仅占用456个LUT。在CPU主频为16MHz条件下,最小系统运行程序正确无误,满足设计要求。该设计能为今后自主指令集的车用CPU核设计提供一定的参考。
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