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基于FPGA的可穿戴计算机的处理器设计

乔龙  
【摘要】: 随着现代科学技术的的高速发展,可穿戴计算机已经成为了现代计算机的一个重要的发展方向。可穿戴计算机具有微型化、可穿戴性、可移动性等特点,在工业、军事、医疗监护等领域具有广阔的应用前景。所以,高性能低功耗嵌入式处理器为核心的可穿戴计算机的设计和研究就显得非常有意义。 本文整个设计从总体结构到局部功能的实现是基于现代EDA技术,在FPGA上使用VHDL硬件描述语言,采用自顶向下的设计方法和模块化设计思想设计出了采用RISC五级流水线处理器。在研究和设计过程中主要做了以下工作: 1.根据可穿戴计算机的低功耗、高移动性和微型性的特点通过研究和比较常用嵌入式处理器,最后决定设计一款基于FPGA的穿戴计算机系统处理器。这是一种兼得CPU的通用灵活与ASIC的高效廉价优点的技术方案。 2.根据可穿戴计算机所要实现的如数据采集、通信等基本功能以及通过比较和研究RISC和CISC指令系统,最后为其量身打造合身的RISC指令系统。 3.根据数据通路所需要的控制信号,设计能使数据通路有效工作的控制通路;采用VHDL实现控制通路和中断控制器。 4.将CPU的各个模块整合成CPU整机,针对不同的CPU功能,以所设计指令集编写测试程序进行仿真验证;将电路文件下载到硬件平台上进行验证,可以发现仿真验证和硬件平台验证是一致的。验证结果表明了所设计CPU的有效性。


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