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本论文的研究内容基于国家某预研课题，目的是研究RISC微处理器的体系结构和设计方法，设计兼容于PowerPC指令集的嵌入式微处理器。 课题组殴计的32位嵌入式RISC微处理器“龙腾R2”芯片，指令系统和接口时序与Motorola公司的PowerPC750微处理器兼容，微体系结构采用自主设计的技术路线，采用自顶向下的设计方法，目前芯片已经流片成功，主频达到233MHZ。本文作者在课题研究中，参与完成了该处理器的定点流水线的设计和验证工作。在该项目的基础上，对同时多线程结构的取指策略和分支预测算法进行了深入的研究。作者的主要工作以及取得的研究成果如下： 1．通过对PowerPC750体系结构的研究，完成“龙腾R2”微处理器的定点流水线设计方案，指令集与PowerPC兼容。基于对微处理器速度、面积和性能综合考虑，采用包括取指、译码、取操作数、执行、异常检测和写回在内的6级流水结构。 2．对“龙腾R2”的异常进行分类，实现“龙腾R2”流水线的精确异常处理，在保证处理器时序的前提下，合理的解决了该流水线中的数据相关，控制相关以及资源相关。 3．完成“龙腾R2”处理器中包括分支处理单元和取指单元在内的流水线前端组织结构的详细设计。其中分支处理单元可支持静态和动态分支预测算法，同时该单元中利用分支目标地址缓冲区(BTIC)加快分支处理速度。取指策略主要采用适合于“龙腾R2”的多取指低频度方法。 4．针对超标量技术的局限性，为了进一步提高“龙腾R2”处理器的处理能力，提出了“龙腾R2”同时多线程处理器的流水线结构，并对该结构进行了仿真分析。仿真结果表明，“龙腾R2”SMT结构的IPC比“龙腾R2”超标量结构平均提高了30.86％。 5．分析同时多线程的研究热点，重点研究取指策略和分支预测算法，进而选取适合的取指策略和分支预测算法，构造“龙腾R2”SMT处理器的取指控制部件模型并进行仿真分析。新的取指策略能使指令队列中有效指令的比例上升21.4％，新的分支预测算法的预测精度也比原来提高了5.6％。