随着工业控制现场对实时性需求的日益增长，高速可编程控制器的研究显得十分重要。而可编程控制器是以微处理器为核心的新型工业自动控制装置，这使得提高可编程控制器微处理器性能成为研究高速可编程控制器的关键。该高速PLC专用指令集处理器采用自主设计的PLC专用指令集，并通过分析PLC程序执行特征、指令类型、数据类型及其存取模式，设计出有利于PLC程序快速执行的PLC专用指令集处理器体系结构。　　 该高速PLC专用指令集处理器采用自主设计的PLC专用指令集，符合PLC指令特征，相对传统的PLC处理器可减少执行的指令数。通过分析符合IEC61131-3标准的PLC指令表程序的指令种类及各类指令使用频率，得出PLC程序以布尔指令为主，通过调用功能及功能块来完成PLC控制任务。据此，该PLC专用指令集主要分为位逻辑运算指令集和功能块指令集。通过分析布尔指令在PLC梯形图程序中的特征，提出了可跳转位逻辑指令集，提高了PLC布尔指令的执行速度。　　 依据PLC专用指令集，该PLC专用指令集处理器采用32位RISC体系结构。由于PLC程序反复顺序执行的特征，该PLC专用指令集处理器无需高速缓存。依据PLC数据以位数据为主，将其寄存器组采用位编址模式。依据PLC功能块并行执行的特征，设计功能块寄存器组，利于功能块指令的执行。由于可编程控制器对数据存取频繁，该高性能PLC专用指令集处理器采用哈佛总线结构，其数据寻址方式采用存取器直接寻址、寄存器直接寻址方式及直接寻址方式，提高了数据存取速度。　　 依据PLC专用指令集，该高速PLC专用指令集处理器的位处理器可加速PLC布尔运算；为满足PLC程序对功能块调用的需求，其功能块单元采用并行模式，即同类或不同类功能块都可并行执行；由于输出结果分别保存在寄存器组及数据存储器内，则结果存储和回写阶段可合并为一个阶段，采用四级流水线，提高PLC指令的执行速度。　　 该高性能PLC专用指令集处理器的系统功能仿真及综合正确，并在FPGA上成功实现。