基于FPGA的8位CISC微处理器设计与100MHz仿真

本篇论文研究深入探讨了基于FPGA芯片的8位复杂指令集(CISC)微处理器的设计与实现。作者们利用VHDL语言进行自顶向下的模块化设计，构建了一个包含数据传送、算术逻辑运算、程序控制和输入输出功能的系统，共计30条指令，旨在满足电子工业和超大规模集成电路(VLSI)技术发展的需求。这种设计方法强调了FPGA的灵活性、可靠性和可扩展性，使得系统能够在高速100MHz时钟频率下运行，并能高效处理由不同指令组成的程序。 首先，系统的核心功能在于接收外部端口的指令字，进行解码后转化为具体操作，支持复杂的算术和逻辑运算，同时处理来自操作面板的按键输入，执行相应命令，并将运算结果输出至外部设备。设计的30条指令涵盖了数据传输、算术逻辑操作、程序流程控制以及基本的输入输出功能，充分体现了CISC架构的特点。 其次，论文详细介绍了系统的软硬件构成。软件部分即机器指令系统，是整个微处理器的灵魂，负责指导硬件执行操作。硬件层面则包括一个高度集成的控制器来协调各部分工作，包括高效的运算器执行算术逻辑运算，寄存器用于暂存数据，存储器用来存放程序和数据，以及外部接口用于与外部设备交互。 设计过程中，作者使用了VHDL语言，这是一种描述硬件行为的高级编程语言，通过它可以在FPGA上实现电路的逻辑设计。顶层采用原理图描述，底层则是结合原理图和VHDL语言，确保了设计的灵活性和精确性。 这篇论文不仅阐述了8位CISC微处理器的详细设计过程，还展示了如何利用FPGA技术应对现代电子工业中的挑战，对于理解和实践CISC微处理器设计以及FPGA在嵌入式系统中的应用具有重要的参考价值。