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维普资讯 第 期 计 算 机 技 术 与 发 展 VO1．18 No．6 2008年 6月 COMPUI琶RTECHNOLC~YAND DEvEL0PMENT Jun． 2008 一 种基于FPGA的CPU设计 王本有 ，一，苏守宝2，汪德如2 (1．安徽大学 电子科学与技术学院，安徽 合肥 230039； 2．皖西学院计算机科学与技术系，安徽 六安 237012) 摘 要：基于现场可编程(FI)GA)技术和硬件描述语言VHDL的设计和综合，通过 自顶向下的设计方法和模块化设计思 想，在QuartusII环境下能定制、仿真、下载验证和实现CPU功能。通过VHDL语言定制了运算器ALu模块和调用宏模 块定制了RAM模块，介绍了基于FPGA的CPU设计方法 ，并通过初始化程序进行验证 ，实现了基于FPGA的CPU功能， 表明基于FPGA技术在设计 CPU核和大规模集成电路设计方面可根据实际情况定制 ，具有灵活性、可靠性和可扩展性。 关键词：Ft~A；CPU；QuartuslI；仿真；宏模块 中图分类号：TP368．1 文献标识码 ：A 文章编号：1673—629X(2008)06—0221—04 CPU DesignBasedonFPGA WANGBen．you ，一，SU Shou—bao2WANG De—ru2 ， (1．SchoolofElectronicScienceandTcehnology，AnhuiUniversity，Hefei230039，China； 2．DepartmentofComputerSciencenadTcehnology，WestAnhuiUniversity，Lu’na 237012，China) Abstract：CPU designcanbemade．simulatedandt~tedonQuartusIIbymeansofatop—downmethodandmodulardesing basedonthe integrationofFPGA nadVHDL．Introducesthedesing ofCPU whichappliesmoduleAU basedonV}Ⅱ)Lna dmoduleRAM basedon macromodulenadthetestofthedesing bytheinitializationprorgam．TheresultsuggeststhattheFPGA—basedCPU desing isc~tom —madewithflexibility，reliabilitynadeasinessforextension． Keywords：Ft~A；CPU；QuartusU；simulation；macromodule O 引 言 种类繁多，实验中需要花许多时间进行大量的连线，系 随着计算机技术和大规模集成电路技术的发展， 统的可靠性低 ，由于芯片或连线出现的各种故障排查 在涉及计算机应用、通信、自动化等领域的电子系统设 困难。利用 EDA技术在一片芯片上形成 CPU，不受 计工作中，现场可编程技术 的运用正以惊人的速度上 硬件条件的控制，可根据实际要求定制合适的CPU。 升。特别是随着 VHDL等硬件描述语言综合工具功 传统的CPU结构模式——冯诺依曼结构和哈佛结构 能和性能的提高，计算机 中许多重要的元件，包括