● 摘要
为了满足计算机专业的实验教学的需求，教学实验中心需要研发一套基于SOPC（System on a Programmable Chip，片上可编程系统）技术的计算机实验系统。本课题的实验系统包括硬件和软件两部分，实现的重点和难点在于CPU的研发和操作系统的移植。为了方便，本文将实验系统命名为BCSYS，将CPU命名为BCMIPS。 BCSYS的硬件部分包括BCMIPS，外设控制器和片上总线。BCMIPS采用MIPS指令集，六级流水线结构，并且支持异常中断。BCMIPS的流水线同MIPS经典的五级流水线相比，增加了取寄存器阶段，进一步提高了流水线的效率。针对流水线数据竞争的问题，BCMIPS设计实现了旁路转发机制。同时，BCMIPS针对分支跳转指令实现了分支延时槽机制。BCMIPS实现了Cp0协处理器的部分功能进行异常中断的处理，并实现了定时中断以支持μC/OS-II的移植。外设控制器包括LCD控制器以及UART IP核。LCD控制器是针对实验台上的TFT真彩色显示屏开发的，此显示屏可以进行18位彩色图像显示。BCSYS通过和WISHBONE兼容的片上总线将整个硬件系统连接起来。在BCSYS的硬件设计实现后，本文对BCSYS的硬件部分进行了全面的硬件验证。 BCSYS的软件部分的工作主要是MIPS-Linux交叉编译环境的建立和实时操作系统μC/OS-II的移植。首先，本文通过crosstool工具建立MIPS-Linux交叉编译环境。然后，开发转换工具实现了最终可供下载的目标代码的生成。在此基础上，本文分析μC/OS-II的内核结构以及移植的方法，进行了μC/OS-II向BCMIPS的移植。本文通过设置软中断向量的方法进行中断处理，使用汇编完成任务切换和开关中断。最后，本文通过多线程程序验证了移植的成功。 BCSYS系统的成功实现为计算机软硬件相关方面的课程教学提供了一个基础的实验平台，使学生能够进一步掌握计算机体系结构、计算机接口与通信的相关技术和操作系统的知识。