Pentium指令集兼容80486,是典型的CISC指令集,指令功能复杂,寻址方式多样,指令长度不固定,其指令微操作设计主要就是微指令和微程序的设计。优化的译码器设计和微程序设计能加快指令译码速度,减少硬件实现代价,并提高指令流水效率,从而更有效地提升处理器性能。 本论文来源于西北工业大学航空微电子中心所承担的国家“十五”预研项目(项目编号41308010307),完成了“龙腾C2”微处理器的设计。“龙腾C2”处理器的指令系统与80486DX4兼容,而微体系结构采用全自主正向设计。作者负责完成了32位CISC处理器“龙腾C2”中的指令译码器的设计以及指令微操作的分析、设计和验证,同时在此基础上对Pentium指令集的微操作设计进行了探讨。“龙腾C2”设计采用0.18μm CMOS工艺,设计频率133MHz,平均功耗小于2W(133MHz),预计将在2006年8月流片。 论文的研究工作包括: ·分析了80486DX4微处理器的结构,参与完成了“龙腾C2”处理器微体系结构的设计。 ·对486以及Pentium指令集,从指令类型、指令格式、数据类型、寻址方式等几个方面作了详细分析,并总结了486指令系统的指令长度、指令的使用频率、指令的编码特点。 ·完成了“龙腾C2”处理器译码器的设计,从指令长度译码、微指令发射等多个方面进行了优化,实现了所有指令单拍译码,便于指令单周期流水执行。 ·总结了指令集的微操作设计方法以及设计策略,确定了“龙腾C2”的微指令格式,并通过提取公共微指令序列来减少微程序ROM面积。在此基础上,进一步分析了Pentium指令集,并讨论了其微操作设计。 ·结合整个项目的验证计划,使用代码检查、时序验证、覆盖率检查、功能点验证和联合验证的方式对“龙腾C2”处理器的译码器单元进行了充分的验证。 通过本论文的研究,顺利完成并优化了“龙腾C2”微处理器的译码器设计,总结了CISC指令集微操作开发策略,为设计更高版本的嵌入式微处理器积累了一定经验。