嵌入式FPU微指令控制模塊的設計與實現(xiàn)

1 引言

設計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。為了處理大量實數(shù)數(shù)據(jù)，并考慮計算精度和實時性，需要將MPU單獨分離出來一部分進行浮點運算，像現(xiàn)在的高檔數(shù)字信號處理芯片（DSP）都含有一個FPU，所以研制高性能的浮點運算單元IP具有重要意義[1]。

微程序的概念和原理是由劍橋大學數(shù)學教研室教授M.V.Wilks在1951年第一次提出的[2]，但隨后15年，由于控制存儲器的問題制約了微程序技術的發(fā)展。由于LSI和VLSI 控制存儲器的發(fā)展，微程序在微型機中已經(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鍵因素之一。本論文關于微程序控制器的研究是基于哈爾濱工業(yè)大學（威海）微電子中心32位FPU的設計，其采用了微指令控制的方法，用門級完成相關模塊的設計，通過布局布線后的結(jié)果看出，該設計規(guī)模小、速度高，非常適合嵌入式應用。

2 微程序控制器的結(jié)構(gòu)及設計

在微處理器中產(chǎn)生控制信號一般由微程序和狀態(tài)機兩種方法實現(xiàn)，其中微程序?qū)儆诠碳Ｎ⒊绦蚩刂破鬏敵龅奈?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/指令">指令用來控制整個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?？刂撇糠钟脕砉芾砗椭笓]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，比如：具有規(guī)整性、靈活性和可維護性等一系列優(yōu)點。本設計的微程序控制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。