CPU是电子信息产品的核心,是半导体产业技术最密集、最具战略价值的产品,也是一个国家技术实力的象征。CPU相关的设计研发有着重大的学术意义和现实意义。大量国内外文献表明,一些学者成功地在FPGA上完成了各种CPU的实现。然而,大部分实现并没有对CPU的性能进行严格测试,并且没有实现一个完整的SoC系统,不能实际使用。本设计实现了一个32位MIPS架构CPU,并以该CPU为主控核心实现了一个完整的SoC系统。本系统主要的工作为：在CPU实现方面,采用verilog硬件描述语言实现了程序地址计算、指令缓存读取、分支历史表访问、指令缓存命中检测、指令缓存替换选择、指令缓存路选择、指令总线访问、指令缓存更新、分支预测、返回地址预测、通用寄存器读取、指令译码、数据相关处理、算术逻辑操作、乘除操作、分支操作、数据缓存读取、数据缓存命中检测、数据缓存替换选择、数据缓存路选择、数据总线访问、数据缓存更新、特权寄存器访问、系统定时器、异常返回处理、写回通用寄存器操作等功能；在SoC系统实现方面,实现了AMBA总线互联器、AHB总线仲裁器、AHB总线译码器、AHB2APB总线桥接器、FLASH控制IP核、UART控制IP核和VGA控制IP核,另外移植了OpenCores上开源的SDRAM控制IP核。最终,完成了整个SoC系统的实现。在CPU和SoC的测试方面,使用VCS软件对各个模块进行功能仿真,使用Verdi软件观看仿真波形并进行调试,仿真结果表明系统运行正确,系统实现方案切实可行。在Cyclone IV FPGA上综合后分析其静态时序,整个系统的最高工作频率可达60.27MHz。使用Dhrystone和CoreMark基准测试程序对该CPU的整数性能进行测试,得分为1.40 DMIPS/MHz和2.35CoreMarks/MHz。最后,移植了ucos ⅱ嵌入式操作系统,进一步验证了系统的正确性。