嵌入式FPU微指令控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 引言

設(shè)計(jì)研究適用于國防和民用需求的高性能、高精度的微處理器（MPU），已經(jīng)變得十分重要和迫切。為了處理大量實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)，并考慮計(jì)算精度和實(shí)時(shí)性，需要將MPU單獨(dú)分離出來一部分進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，像現(xiàn)在的高檔數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP）都含有一個(gè)FPU，所以研制高性能的浮點(diǎn)運(yùn)算單元IP具有重要意義[1]。

微程序的概念和原理是由劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)教研室教授M.V.Wilks在1951年第一次提出的[2]，但隨后15年，由于控制存儲(chǔ)器的問題制約了微程序技術(shù)的發(fā)展。由于LSI和VLSI 控制存儲(chǔ)器的發(fā)展，微程序在微型機(jī)中已經(jīng)開始起著重要作用。

微程序控制器的性能是提高處理速度的關(guān)鍵因素之一。本論文關(guān)于微程序控制器的研究是基于哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）微電子中心32位FPU的設(shè)計(jì)，其采用了微指令控制的方法，用門級(jí)完成相關(guān)模塊的設(shè)計(jì)，通過布局布線后的結(jié)果看出，該設(shè)計(jì)規(guī)模小、速度高，非常適合嵌入式應(yīng)用。

2 微程序控制器的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

在微處理器中產(chǎn)生控制信號(hào)一般由微程序和狀態(tài)機(jī)兩種方法實(shí)現(xiàn)，其中微程序?qū)儆诠碳?。微程序控制器輸出的?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/指令">指令用來控制整個(gè)FPU工作[3]。一條微程序一般由操作控制和順序控制兩大部分組成。控制部分用來管理和指揮FPU的工作[4]。微程序的順序控制部分用來決定產(chǎn)生下一條微指令的地址。微程序控制器有其自身的優(yōu)點(diǎn)，比如：具有規(guī)整性、靈活性和可維護(hù)性等一系列優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的微程序控制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。