作為嵌入式系統(tǒng)核心的微處理器，是SOC不可或缺的“心臟”，微處理器的性能直接影響著整個(gè)SOC的性能。 與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比，我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作還相當(dāng)落后，這直接影響到我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本著趕超國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，填補(bǔ)我國(guó)在該領(lǐng)域的空白以擺脫受制于國(guó)外的目的，我國(guó)很多科研單位和公司進(jìn)行了自己的努力和嘗試。經(jīng)過幾年的探索，已經(jīng)有多種自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的處理器芯片完成了設(shè)計(jì)驗(yàn)證并逐漸進(jìn)入市場(chǎng)化階段。我國(guó)已結(jié)束無“芯”的歷史，并向設(shè)計(jì)出更高性能處理器的目標(biāo)邁進(jìn)。 艾科創(chuàng)新微電子公司的VEGA處理器，是公司憑借自己的技術(shù)力量和科研水平設(shè)計(jì)出的一款64位高性能RSIC微處理器。該處理器基于MIPSISA構(gòu)架，采用五級(jí)流水線的設(shè)計(jì)，并且使用了高性能處理器所廣泛采用的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)。設(shè)計(jì)過程中采用自上而下的方法，根據(jù)其功能將其劃分為取指、譯碼、算術(shù)邏輯運(yùn)算、內(nèi)存管理、流水線控制和cache控制等幾個(gè)功能塊，使得我們?cè)谠O(shè)計(jì)中能夠按照其功能和時(shí)序要求進(jìn)行。 本文的首先介紹了MIPS微處理器的特點(diǎn)，通過對(duì)MIPS指令集和其五級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的介紹使得對(duì)VEGA的設(shè)計(jì)有了一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上提出了VEGA的結(jié)構(gòu)劃分以及主要模塊的功能。作為采用虛擬內(nèi)存管理技術(shù)的處理器，文章的主要部分介紹了VEGA的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，將VEGA的內(nèi)存管理單元(MMU)尤其是內(nèi)部?jī)蓚€(gè)翻譯后援緩沖(TLB)的設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)給出了流水線處理器設(shè)計(jì)的方法。結(jié)束總體設(shè)計(jì)并完成仿真后，并不能代表設(shè)計(jì)的正確性，它還需要我們?cè)趯?shí)際的硬件平臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn)證。作為論文的又一重點(diǎn)內(nèi)容，介紹了我們?cè)赩EGA驗(yàn)證過程中使用到的FPGA的主要配置單元，F(xiàn)PGA的設(shè)計(jì)流程。VEGA的FPGA平臺(tái)是一完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，我們利用在線調(diào)試軟件XilinxChipscope對(duì)其進(jìn)行了在線調(diào)試，修正其錯(cuò)誤。 經(jīng)過模塊設(shè)計(jì)到最后的FPGA驗(yàn)證，VEGA完成了其邏輯設(shè)計(jì)，經(jīng)過綜合和布局布線等后端流程，VEGA采用0.18工藝流片后達(dá)到120MHz的工作頻率，可在其平臺(tái)上運(yùn)行Windows-CE和Linux嵌入式操作系統(tǒng)，達(dá)到了預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。
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