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文档简介

基于MIPS精简指令集流水线CPU的设计与实现的开题报告一、选题背景及意义MIPS指令集是RISC计算机体系结构中最为流行的处理器指令集之一，以其简洁、规范、易于实现等诸多优点被广泛应用于嵌入式、网络通讯等领域。对于初学者而言，MIPS指令集也是一个非常好的入门工具，能够帮助学习CPU的基本工作原理。在此基础上，本课题针对MIPS指令集的精简版，设计一个流水线CPU，旨在深入理解CPU的设计与实现，并掌握CPU的指令流水线技术。同时，该项目对于学习嵌入式系统、计算机体系结构、系统级编程等课程都有较大的帮助。二、研究内容及方法本课题拟使用VerilogHDL语言进行设计，并在FPGA平台上进行验证。具体研究内容及方法如下：1.分析MIPS精简指令集对MIPS精简指令集进行分析，了解其指令特点、寄存器使用及操作方式等相关知识，为CPU的设计提供依据。2.设计CPU核心模块根据MIPS精简指令集，设计CPU核心模块，包括指令解码模块、ALU模块、寄存器堆模块等。3.设计流水线及相关模块在CPU核心模块的基础上，设计流水线相关模块，包括指令流水线寄存器模块、流水线控制模块、数据转发模块等。4.在FPGA平台上进行验证采用Vivado工具进行仿真及综合，并使用FPGA平台进行验证。三、可行性分析该课题所需软硬件资源均能满足要求，且相应的资料和文献较为丰富，因此具有很高的可行性。四、预期目标及成果1.设计出一个MIPS精简指令集流水线CPU。2.通过对CPU的设计和实现，掌握计算机体系结构、嵌入式系统和相关领域的基本知识。3.有效地实践了VerilogHDL语言的设计方法，并能够应用此方法进行硬件系统的设计。4.搭建了一个基于FPGA的CPU硬件系统，具有一定的应用能力。五、进度安排1.前期准备：2021年8月-2021年9月调研MIPS精简指令集及其相关文献；阅读CPU设计相关文献；熟悉VerilogHDL语言；搭建设计环境。2.设计阶段：2021年9月-2021年12月设计CPU核心模块、流水线及相关模块，验证功能。3.实现阶段：2021年12月-2022年1月基于FPGA平台进行设计的验证，分析测试结果，调试优化。4.撰写论文：2022年2月-2022年3月撰写开题报告、中期报告及毕业论文，完善论文内容，总结成果。六、参考文献1.Risc-Vinstructionsetmanual,VolumeI:UnprivilegedISA.2.《计算机组成原理》3.Hennessy,J.L.,&Patterson,D.A.(2017).

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