基于低成本应用的微处理器设计方案.pdf

本文主要探讨了一种针对低成本应用的微处理器设计方案，旨在满足低中端嵌入式系统的性能需求，同时控制硬件成本。作者彭攀峰和史伟伟来自深圳大学信息工程学院，他们提出了一种优化的微处理器架构，该架构具有高效能、低资源消耗的特点。 文章首先介绍了设计背景，指出在当前微处理器技术高度发达且硬件资源价格下降的情况下，低成本嵌入式应用设计变得越来越重要。因此，设计一款成本效益高的微处理器是行业内的一个重要课题。 在设计方法上，作者采用了经典的哈佛架构，这种架构将指令和数据存储在独立的存储器中，可以实现快速的指令读取和执行。同时，他们利用三级流水线技术来提高处理器的执行效率，流水线技术允许指令在处理器的不同阶段并行处理，从而加快执行速度。尽管采用了三级流水线，但设计仍保持简洁，仅支持单周期和双周期指令操作，以降低复杂性。 为了实现这一设计方案，作者使用Verilog硬件描述语言进行RTL（寄存器传输级）设计，并进行了综合、功能仿真和静态时序分析。Verilog是一种广泛使用的硬件描述语言，用于描述数字系统的结构和行为。通过这些步骤，可以确保设计的正确性和性能。 微处理器的指令宽度设定为16位，这有助于节省硬件资源。经过综合后的设计被编程到Xilinx的Artix-7 FPGA开发板上，这是一种常见的可编程逻辑器件，适用于原型验证和系统演示。通过编写流水灯汇编程序，作者完成了系统功能的测试，证明了微处理器在100MHz主频下能有效工作，满足一般低中端嵌入式应用的需求。 测试结果显示，该微处理器设计占用的资源包括341个LUT（查找表）、299个FF（触发器）和1个BRAM（块RAM）。这样的资源利用率体现了低成本设计理念，使得该处理器适合于成本敏感的嵌入式应用。 关键词：微处理器、FPGA、低成本、流水线 总结来说，这篇论文提供了一种基于低成本考虑的微处理器设计方案，采用哈佛架构和三级流水线技术，实现了高效的指令处理，同时在资源利用上进行了优化，满足了低中端嵌入式系统的性能和成本要求。这种设计方法为嵌入式系统开发者提供了新的思路，有助于他们在设计过程中平衡性能与成本。