随着集成电路产业的发展,微处理器已经突破个人计算机向医疗、工业控制、汽车电子、消费电子以及通信等领域不断延伸,形成多种多样的嵌入式微处理器。同时随着人们对多功能和低功耗的强烈需求,片上系统成为产业新宠,具有嵌入式微处理器的嵌入式SOC越来越受关注。本文正是在这种大的产业背景下,完成这款嵌入式SOC中处理器内核的设计。　　本研究从指令集和嵌入式SOC需求出发,完成运算模块和处理器控制通路的设计与实现。分析对比各种结构加法器和乘法器面积、功耗、速度等方面的性能,根据算术逻辑单元和乘累加单元对不同位宽加法器、乘法器的具体需求,选择最优的加法器和乘法器结构。在ALU的设计过程中,采用“数据选择前置”方法,减少电路的无效翻转,降低电路功耗;同时分析各条指令,在增加不同指令耦合度的基础上实现“资源复用”,很大程度上缩小了面积,同时也进一步降低了功耗。在控制通路的设计过程中,对流水线可能出现的冲突情况进行分类,完成各种指令输入和异常情况下流水线管理与异常处理。本文完成运算部件和控制通路的功能验证工作。在运算部件的验证过程中,选择使用“参考模型”的方法完成基本的软件仿真验证,在此基础上运用Formality,等工具运用形式验证方法完成运算部件的全面功能验证;对于控制通路的验证,本文采用人工编写结合软件随机产生的方法建立测试激励,根据已建立的处理器单周期模型输出结果与处理器计算结果的对比完成验证。