[电子信息精品] 32位mips中央处理器的综合设计 中文翻译

工程学院毕业设计（论文）132位MIPS中央处理器的综合设计摘要本设计实现一个基于MIPS32指令架构的5级流水线CPU。设计的重点是通过缩减指令执行的等待时间，从而可以利用高速的部件使CPU的运行速度至少达到100MHZ。CPU最终设计速度可以超过200MHZ，芯片面积大约在900，000平方纳米的合理范围内。1绪论本文设计的目的实现并仿真通过一个五级流水线的MIPS32中央处理器的基本轮廓。之所以采用五级的水线架构，是因为这是一种划分CPU工作过程的主流观点。本文将介绍CPU设计的基本背景，并将CPU划分为几个重要的功能单元模块，并对每个模块进行设计论证。通过仿真和综合，得出的结果可以说明设计是否成功。2背景设计一个基于MIPS32架构的中央处理器，并对处理器进行测试、综合。本设计的处理器具G7389以G991的G10317G5627G7261具G73895级流水线2具G7389G1894G19517G7828测和G7669G8503功能3具G7389G6980G6466G2081G6524功能从而减少指令的G5322G17843G2620G7411为G1114实现CPU的仿真，设计一G1135程G5219和G6980G6466文件用于G16847G2474将CPU指令G4504G4396器的G6980G6466。CPU设计G7389一G1135G4504G4396器作为指令和G6980G6466的G4396G1660。G2528G7691本设计的CPUG1075具G3803现实中CPU所具G3803的功能G5627和G2001G6980G5627，CPU的主要设计重点实现G6523G2058单元和G6980G6466通G17347的最G1260G2282。处理器的设计是采用G1268G13491的五级流水线设计，这五级流水线G2047是为G2474指G8585、G16805G11733G8585、执行G8585、G4396G1660器G16787G19394G8585、G3250G1901G8585。G2474指令G8585的作用是从程G5219G4396G1660器G8503G11842的G3332G3348中G16847出将要执行的指令，程G5219计G6980器G21641并指G2533G991一G7477G20046G5219执行的指令G6122G13785G991一G7477分G6915指令的G3332G3348。指令G16805G11733部分的功能是在G6523G2058单元的作用G991将指令G16805成对G5224的G7438器G11733，G2490G3818G6980G6466G11468G1863G7828测模块将在G16805G11733G8585G17227作用，用于G7828测从G4504G4396器单元中G2474出的G6980G6466是否G7389G1926G12373。执行G8585的功能是将指令中的G6980G1552G17877到G12651G7427G17935G17765单元中进行执行G11468G1863的运G12651和G6817作。执行G8585在G5529要时G1075G1262计G12651分G6915指令G17728G17351的对G5224G3332G3348。G2490G3818G6980G6466G2081G6524单元G1262在执行G8585中进行G11468G1863的G6817作G726将本G7481要从G12651G7427G17935G17765单元G6122从G4396G1660器单元中G17767出G6980G6466的G6817作，G2081G6524到中G2474出G6980G6466G17877到G12651G7427G17935G17765单元之G2081执行。G4396G1660器G16787G19394G8585G17139G17143从G13007G13491G4396G1660器中G4396G2474G6980G1552，G2528时G1075G17139G17143G7693G6466指令的要G8726G2533工程学院毕业设计（论文）2处理器G1901G1849G6980G6466和将处理器G6980G6466G2533G3818G17767出。为G1114G18003G1825G20081G3818并G2469的G6980G6466G1926G12373，指令的G16847G1901G5529G20047设计在一个时G19059G2620G7411内G4448成。最G2530的一部分是G3250G1901G8585的设计。G3250G1901G8585作用是将计G12651G2530的G6980G1552G1901G3250对G5224的G4504G4396器G13464中。G3250G1901G8585G5224在G2081G2334个时G19059G2620G7411内将G6980G6466G1901G1849G4504G4396器G13464中，以G18003G1825可能G1262G2469G10995的结构G5627和G6980G6466G5627的G12466G1117G1894G19517。本设计的CPUG2265G2559一个G6980G6466G11468G1863G7828测模块，G4439的作用是G1927G4462流水线是否G3698G2164一个流水线等待以G19462G8502G6980G6466G1926G12373。G6980G6466G11468G1863G7828测之G2530，可以进行G6980G6466G2081G6524。G6980G6466G2081G6524是在G6980G6466G15999G16025G1849G4396G1660器之G2530G4613G12447G2375要在执行G8585使用G6122G13785是G2469G10995程G5219分G6915G17728G12239的G5785G1929G991G2469G10995的。G6980G6466G11468G1863G7828测模块将G1262G19471G8502程G5219计G6980器G21641指G2533G991一个G1552，G9177G12366G2474指令G8585G4504G4396器的G6980G6466，并使G6980G6466G2081G6524在流水线过程中G2494执行G12366G6817作。G6466G11468G1863G7828测模块的结构和G1866在CPU的作用可G11013G3926G32821所G12046。G6980G6466G2081G6524模块具G3803G9052G19512大G3822G6980的时G19059G5322G17843的功能。G3926果G8821G7389G6980G6466G2081G6524模块，G993管什么时候若要G12447G2375使用在运G12651之G2530得到的G6980G1552，G5529然要G3698G2164一个时G19059G5322G17843；并且任何时候从G4396G1660器中G2474出G6980G6466G1075G1262流水线引G1849两个时G19059的G5322G17843。这G1135G5785G1929G3926G32822所G12046。G6980G6466G2081G6524模块可以监测G12651G7427G17935G17765单元和G13007G13491内G4396的G6980G6466G17767出，从而判断G17767出的G6980G1552是否G5224该反馈G3250G12651G7427G17935G17765单元以进行G991一步的运G12651。假G3926刚通过运G12651得出G7481的G6980G6466需要G15999使用，G6980G6466G2081G6524模块G1262把G6980G6466在G1901G1849G4504G4396器G13464之G2081，通过G6980G6466通G17347G17767G1849到G12651G7427G17935G17765单元中进行适当的处理。G6980G6466G2081G6524模块对CPU流水的影响G3926G32824所G12046。3设计的实现通过将5G8585流水线的各个子模块连接G17227G7481G4613可以得到整个这CPU的顶层设计电G17347G3282，本设计的CPU提供G1114G3818部G16787G19394的模拟测试平台，可以通过G2533指令G4396G1660器G16025G1849指令和监测G4504G4396器G13464的G6980G6466变G2282G7481进行测试验证。G11013于流水线的5个模块是各自独G12447的，每个模块对G5529G20047对各自G17767出G6980G6466G17139G17143进行缓G1926，因此G8821G7389G5529要为CPU设计一G1135将5个模块粘在一G17227的G17935G17765单元，要将流水线的5个模块G8503G11842G3332连接在一G17227是很简单的。作G13785设计的CPU和流水线的5个独G12447G5627模块G3926表1所G12046。本文设计的CPUG110135个部分G13464成G726G2474指G8585、G16805G11733G8585、执行G8585、G4396G1660器G16787G19394G8585、G3250G1901G8585。在CPU设计中，G2474指令G8585将G4448成G3822种职G17143，G4439G5529G20047能G8503G11842G3332将程G5219计G6980进行更新G6817作，G993管是在G8503常的G20046G5219G6817作还是分G6915指令G6817作。指令G2474指G8585G2490一项功能是从G4396G1660器中G16847G2474指令，并把当G2081G16847G2474的指令G1268G17877到流水线的G991一个阶G8585，G6122G13785当出现程G5219分G6915指令时时G19059G5322G17843等待，以G18003G1825G2469G10995错误的G6817作。G2474指G8585G11013三部分构成G726指令G4504G4396器，程G5219计G6980器、指令G3332G3348G3822G17347器。指令G4504G4396器可以从G3818部G16025载G6980G6466，这G1135G6980G6466将G1262在G991一阶G8585要执行G11468G1863的G6817作。G2474指令G8585模块将G17139G17143维持程G5219计G6980器运行，而程G5219计G6980器是G1101332位的G4504G4396器构成的，对指令G3332G3348和更新线G17347G17227作用。更新线G17347是用G7481判断指令G3332G3348是否要更新，G4439的设计是很G7389G5529要的，因为当G2469G10995一G1135G6980G6466G11468G1863时，G5529G20047在流水线中G2164G1849等待的时G19059，以G11842保指令将G1262在G991一个时G19059G8503常运行而G993致G2469G10995紊乱。工程学院毕业设计（论文）3指令G4396G1660器单元的设计是模仿一个小容量的缓G4396，因为要实现G2474指令在一个时G19059G2620G7411内G4448成。指令G4396G1660器容量为1KB，指令长度是为32位。在实时G13007G13491中，这G7691容量的指令G4396G1660器需要调整指令的宽度G6122G13785G3698G2164容量。指令G4396G1660器的功能是在一个时G19059G2620G7411内G4448成指令代G11733G1552的G16847G1901处理。指令G2474指G8585最G2530一部分的设计是指令G4396G1660器G3332G3348G2164法器的设计。这一模块纯粹是G13464合G17935G17765的设计，以G4448成对G3332G3348G21644扩展，使之能G15999指令G4396G1660器G16847出。G16847出的结果G11013G6980G6466G11468G1863G7828测单元G1927G4462是否G15999PC进行G21641G6817作。指令G16805G11733G8585是流水线的中对G2474指G8585G2474出并G4396放在G4504G4396器单元中的指令G7438器进行G16805G11733的阶G8585。G16805G11733G8585G17139G17143对指令G7438器G11733按指令格式进行划分基于R型和I型，指令G16805G11733G8585G11013G6523G2058单元，G6980G6466G11468G1863G7828测单元，符号扩展单元，和G4504G4396器单元G13464成。指令G16805G11733G8585将各个单元连接在一G17227，G4439把指令分成G993G2528的部分并G17877到G11468G5224的部件中。G4504G4396器RS和RTG1552将G17877到G4504G4396器，G12447G2375G6980部分G17877到符号扩展单元中，G12651G7427G17935G17765G6817作G6980和功能G11733将G17877到G6523G2058单元中。各个单元进行G6980G6466通信并对时G19059脉G1926进行修G8503和G11468G1863G6980G6466的G1660G4396为流水线G991一阶G8585作好准G3803。指令执行G8585G17139G17143G2474出G6980G6466和实际执行指G4462的指令G6817作。执行G8585G11013ALU单元，分G6915G11842G4462单元，G6980G6466G2081G6524单元。指令执行G8585的各个单元G13464合一G17227使G12651G7427G17935G17765单元可以G8503G11842G3332处理G6980G6466，G6980G6466G2081G6524单元并G7693G6466G17767G1849信号，G3926果G7389分G6915程G5219则通知G16805G11733G8585进行处理。G12651G7427G17935G17765单元G17139G17143G7693G6466指令类型执行实际的计G12651。G993管这G1135G6980G1552是0还是非法的，G12651G7427G17935G17765单元G7693G646632位的G17767G1849G6980G1552和G6523G2058信号进行计G12651，并G17767出32位的G6980G1552。这G1135G6817作的G11013G17767G1849G6523G2058信号G7693G6466大量的时G5219状态的G13464合G7481G4448成。G4396G1660器G16787G19394G8585G17139G17143将G12651G7427G17935G17765单元的G17767出G1552G1268G17877到的G4396G1660器G11468G5224中，并G7693G6466G11468G1863指令类型判断是否G4396G1660G17227G7481。G4396G1660器G16787G19394G8585G11013G6980G6466G6980G6466G4396G1660器和用作G3250G1901G8585G1901G6980G6466G6817作的G4504G4396器G13464成。G2528时G2081G6524单元G1075G3250G1901G11468G1863信息到G3250G1901G8585G4504G4396器中。在本G8585中，可以G7693G6466通过G12651G7427G17935G17765单元的计G12651结果将本G8585G4504G4396器G6980G1552和运G12651的结果G17877G3250G6980G6466G2081G6524单元。G3250G1901G8585的作用中将最G2530的计G12651结果G1901G3250到对G5224的G4504G4396器中。G3250G1901G8585G7389G17767G1849G6523G2058线用于告诉G11468G1863部件进否进行G6980G6466的G3250G1901，是否将G12651G7427G17935G17765单元G6122G6980G6466G4396G1660器的G17767出G6980G6466G3250G1901。总之，G3250G1901G8585将通过G6523G2058线选择一个G17767出将G6980G1552G1268G17877到本G8585的G4504G4396器