嵌入式FPU微指令控制模塊的設計與實(shí)現

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(shí)數數據，并考慮計算精度和實(shí)時(shí)性，需要將MPU單獨分離出來(lái)一部分進(jìn)行浮點(diǎn)運算，像現在的高檔數字信號處理芯片（DSP）都含有一個(gè)FPU，所以研制高性能的浮點(diǎn)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(xué)數學(xué)教研室教授M.V.Wilks在1951年第一次提出的[2]，但隨后15年，由于控制存儲器的問(wèn)題制約了微程序技術(shù)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(kāi)始起著(zhù)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的設計，其采用了微指令控制的方法，用門(mén)級完成相關(guān)模塊的設計，通過(guò)布局布線(xiàn)后的結果看出，該設計規模小、速度高，非常適合嵌入式應用。

2 微程序控制器的結構及設計

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(shí)現，其中微程序屬于固件。微程序控制器輸出的微指令用來(lái)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?？刂撇糠钟脕?lái)管理和指揮FPU的工作[4]。微程序的順序控制部分用來(lái)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：具有規整性、靈活性和可維護性等一系列優(yōu)點(diǎn)。本設計的微程序控制器的結構如圖1所示。