基于堆棧處理器的SOPC的研究與實現(xiàn).pdf

1、嵌入式微處理器作為嵌入式系統(tǒng)的核心，其重要性不言而喻。堆棧處理器是一種專門面向嵌入式控制領(lǐng)域的處理器，其所有執(zhí)行過程均依賴于硬件支持的堆棧，而不是通用寄存器。因此，相比較于傳統(tǒng)的RISC和CISC處理器，堆棧處理器具有以下三點優(yōu)勢：（1）避免了上下文切換帶來的開銷，這是因為處理器的運行不依賴于大量的通用寄存器；（2）尋址方式非常簡單，這是因為幾乎所有指令都是0操作數(shù)指令；（3）更加適合執(zhí)行具有深度遞歸或者嵌套特征的程序，這是因為具有專門

2、的硬件堆棧支持子程序調(diào)用與返回。目前國內(nèi)鮮有相關(guān)研究報道，因此研究并實現(xiàn)出高性能的堆棧處理器具有重要的意義。
　　本文圍繞堆棧處理器做了兩方面的工作：一是設(shè)計與實現(xiàn)，二是應(yīng)用。在堆棧處理器的設(shè)計與實現(xiàn)方面，本文首先采用基于FPGA的方式設(shè)計與實現(xiàn)了一款16位單周期堆棧處理器。該處理器包含兩個堆棧：執(zhí)行數(shù)學(xué)表達式的數(shù)據(jù)堆棧和支持子程序調(diào)用的返回堆棧。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)復(fù)雜度低、主頻性能高以及代碼體積小等優(yōu)點。其次，為了提高處理器性

3、能，本文將流水線技術(shù)應(yīng)用于單周期堆棧處理器，設(shè)計與實現(xiàn)了三級流水線的堆棧處理器，詳細討論了流水線技術(shù)帶來的冒險問題，并給出了解決方法。在堆棧處理器的應(yīng)用方面，本文以單周期堆棧處理器與流水線堆棧處理器為核心分別構(gòu)建出了SOPC，為SOPC設(shè)計了總線控制器，中斷控制器以及多種外設(shè)。論文詳細介紹了SOPC的架構(gòu)，描述了每一種外設(shè)的功能。堆棧處理器僅使用常規(guī)的訪存指令就可以控制中斷控制器與所有外設(shè)。
　　本文的所有設(shè)計均采用Verilog