本论文研究内容来自西北工业大学航空微电子中心所承担的某预研课题，以参与的32位嵌入式微处理器“龙腾R2”的设计工作为基础，设计并实现了基于双端口RAM的数据Cache，该Cache应用于“龙腾R2”微处理器，能够实现数据同步侦听，提高多机环境下处理器的性能；并在双端口RAM基础上，对多端口数据Cache进行研究，提出一个16端口数据Cache的实现方案。 作者的主要工作如下： 1．对“龙腾R2”微处理器体系结构和双端口RAM特性进行了分析，在此基础上，设计并实现了适应PowerPC指令集系统结构的双端口数据Cache，并应用于“龙腾R2”微处理器中，经仿真分析，其功能和PowerPC750完全兼容。 2．研究了“龙腾R2”数据Cache一致性协议，在双端口RAM基础上，实现了“龙腾R2”数据Cache的同步侦听操作，解决了“龙腾R2”微处理器在多机系统下高速缓存一致性带来的冲突问题。 3．研究了目前流行的验证技术，总结出了一套适用于“龙腾R2”特性的验证方法。构建仿真验证平台，采用直接测试和随机测试的方法完成双端口数据Cache的验证，代码覆盖率和功能覆盖率都达到了100％。 4．对双端口数据Cache进行扩展研究，设计了一个16端口数据Cache，与单端口实现的16端口数据Cache相比，数据Cache平均访问时间降低了20％左右，且硬件实现相对简单，占用芯片面积少。 本文设计的基于双端口RAM的数据Cache应用到“龙腾R2”微处理器芯片中，该芯片目前已经流片成功，并通过了实时监控程序和嵌入式操作系统VxWorks的测试，其指令集和接口时序与PowerPC750处理器完全兼容。