自主知识产权32位RISC处理器ACORE设计与实现

"这篇硕士学位论文主要探讨了32位RISC处理器的研究与实现，作者吴艳，导师胡晨，属于微电子学与固体电子学专业。论文以ARM7TDMI处理器为参考，设计了一款名为ACORE的32位RISC处理器。ACORE与ARM7TDMI有相同的数据类型、处理器模式和工作状态，支持ARM和Thumb指令集（V4版本），并包含了31个通用寄存器和6个状态寄存器。设计包括数据通路和控制逻辑电路两部分，数据通路使用全定制设计，控制逻辑则通过Verilog硬件描述语言实现。经过SMIC0.18um工艺设计，ACORE的面积为0.96mm²，在室温25℃下工作频率超过150MHz，所有指令功能均正确。" 在当今信息技术快速发展的时代，嵌入式处理器已经成为各个领域不可或缺的组成部分。32位RISC（精简指令集计算机）处理器因其高效能、低功耗的特性，尤其受到关注。本论文以ARM系列处理器，特别是ARM7TDMI作为研究对象，ARM7TDMI是广泛应用的32位RISC架构，以其高效的指令执行和广泛的软件支持而闻名。 ACORE处理器的设计目标是创建一个具有自主知识产权的32位嵌入式处理器，它在设计上与ARM7TDMI保持一致，支持相同的指令集，包括ARM指令集和Thumb指令集（简化版的ARM指令集，用于节省内存）。ACORE的设计涵盖了处理器的核心组件，如通用寄存器、状态寄存器、数据通路和控制逻辑。 数据通路设计中，包括了数据输入输出电路、桶形移位器（用于高效执行位操作）、算术逻辑单元（ALU，执行基本算术和逻辑运算）、乘法器以及寄存器堆。这些组件协同工作，确保指令的高效执行。控制逻辑部分涉及两相非交叠时钟方案，用于提高时序效率；Thumb指令解压缩技术，使得处理器能够处理更紧凑的编码指令；三级流水线设计，提高了指令执行的并行性；以及指令译码、程序状态寄存器（PSR）设计、主状态机设计和异常处理机制，确保了处理器的灵活性和错误处理能力。 设计过程采用了先进的工具，如DesignCompiler进行综合优化，Astro进行布局布线，VCS和NanoSim进行前后端仿真，以验证设计的正确性和性能。最终，ACORE处理器在SMIC0.18um工艺下的实现表明，它在0.96mm²的小面积内实现了高性能，且在室温25℃下可达到150MHz以上的运行频率，所有指令功能均通过测试验证。 关键词：ACORE，ARM，Thumb，数据通路，控制逻辑，乘法器，ALU。这些关键词涵盖了论文研究的核心内容，体现了ACORE处理器设计的关键技术和特点。