题目：基于FPGA的RISC CPU的设计与实现

由于世界经济的飞速发展，信息的时代已经来到众人面前。然而，微处理器芯片的

科学研究却是整个信息时代技术产业的领头羊，目前，精简指令集（RISC）处理器己成

为设计的潮流。因此，本文的研究是基于FPGA的RISC CPU的设计实现。

现如今国内行业知名的32 位嵌入式RISC 处理器，无论从基础配置还是顶级配件都

应该是以ARM RISC 处理器为基础的处理器体系，因此本文通过参照以往CPU 设计过

程的经验，对ARM 架构的进行了详细的分析与参照，设计出一个32 位RISC 微处理器。

首先，本文分析了32 位RISC 微处理器体系结构，描绘出了整个设计的原理图，该

设计采用流水线技术，经过分析比较四级、五级流水线的优缺点，最终确定采用四级流

水线操作，四级流水线包括取值、译码、执行和写回。

其次，本文分析了数据通道设计和流水线设计。数据通道设计主要实现了加法器和

算术逻辑运算等，数据通道主要包括：数据端口、地址端口、寄存器堆、桶式移位器设

计和算术逻辑单元设计五部分。流水线设计部分，分析了四级、五级流水线设计，但本

文主要讲述四级流水线设计，包括取值、译码、执行和写回。与此同时，本文还发现了

一些采用流水线技术出现的问题，并对这些问题进行了严格分析，并提出了相应的解决

方法，以使整个电路能够高效运行。综上所述，32 位的精简指令集CPU 的前端硬件设

计就最终完成了。

最终，本文给出了基于FPGA的RISC CPU设计与实现的功能验证以及总结展望。本

文给出了重点模块的仿真验证效果图，32位RISC CPU的综合效果图；同时对FPGA的实

现进行了分析，从而得出了测试结果。

关键词:ARM，RISC，流水线技术