一种CPU中八级流水线结构设计

一种CPU中八级流水线结构设计

随着DSP(数字信号处理)芯片在电子技术领域广泛应用,它处理任务的数量和速度因此越发受到重视。流水线是CPU(中央处理单元)处理指令的重要方式,但传统流水线已无法满足高科技领域内的CPU日益增长的需求。

而扩展CPU流水线级数能容纳更多指令,使CPU处理指令的速度更快,故扩展CPU流水线势在必行,并极具应用价值。本人设计了一款32位浮点型DSP芯片中的八级流水线结构。

该芯片应用于工业控制领域,基于哈佛总线结构,内部具有8条总线,程序空间和数据空间相互独立,拥有丰富的精简指令集系统,支持多种寻址模式,内核含有32位的算术逻辑单元和32位乘法器单元等。配置了多种多样的外设模块,包括多通道缓存串行接口、增强型正交编码器、增强型脉宽调制器、增强型脉冲补获器和高速同步串行接口等。

本设计结合这款芯片的所属特点进行了流水线工作原理和模块等分析。首先分析了四级流水线和五级流水线工作原理,在原有结构基础上完成了八级流水线的整体结构设计,对设计所需要的技术进行了研析。

其次为了方便设计和仿真验证,将八级流水线分解成八个流水级功能模块,分别是取值级F1和F2划分为F模块,译码级D1和D2划分为寄存器堆模块和CU 模块,读取级R1和R2划分为R模块,执行级E划分为ALU模块,写回级W划分为WB模块。最后搭建DSP系统仿真验证平台,编写测试程序,植入到ROM存储空间,选择微处理器工作模式,引导ROM启动对设计的功能模块采用局部到整体的方式进行仿真验证,验证结果正确。

八级流水线对比五级流水线的CPU,增加了 CPU执行指令的容积和速度。因

此设计的八级流水线结构对CPU中流水线的研究具有极大的意义。