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I摘要当前无论国外还是国内，在SoC设计领域已展开激烈的竞争。作为现代计算机专业的大学生，应该强调在面向应用的基础上，更加注重自己面向系统的分析与设计能力的提高，于是东南大学计算机学院在五年前，开设了“计算机系统综合课程设计”实践环节，以此提高本科生软硬件综合的实践能力。本论文针对“国家十一五规划教材《计算机系统综合设计》”的示范原型系统MiniSysSoC在乘除运算方面的缺失，为其增加专用的高性能乘除法运算单元。对原来MiniSysCPU中不利于乘除法实现的部分进行了修改，设计实现了适合于MiniSysCPU的多周期乘除法运算单元，并且进行了仿真测试。此外，为了让MiniSysSoC系统有更丰富的扩展资源，设计实现了三个新的IO接口部件。第一个是IO接口部件是为了解决FPGA芯片中存储容量太小的问题，设计完成一个专用的SDRAM控制器。它能够完成对SDRAM的初始化、读、写、刷新、预充的操作，实现了对SDRAM的控制。第二个是I2C总线控制器，可以使系统的可扩展性更强。本文设计完成一个适合该系统的32位数据收发的I2C总线控制器。最后是新增的LCD控制器，可以增加系统的输出能力。本文所设计并实现的所有部件，已经整合到原有的MiniSysSoC系统中，并加以优化，使该系统有了更加完善的功能。关键词：乘法运算单元除法运算单元SDRAM控制器I2C总线控制器LCD控制器IIAbstractAtpresent,therearefiercecompetitionsinSOCdesignfieldintheworld.Asmoderncomputersciencestudents,weshouldpaymoreattentiononadvancingoursystemanalyzeanddesignability.Tothispurpose,thecomputerscienceacademeofSoutheastUniversityprovidedapracticalcourse,called“ComputerSystemDesign”,toimprovethepracticeabilityoftheundergraduates.TheprototypeMiniSysSoCsystemdidn’thaveanymultiplyordividecomputinghardware.Programmersshoulddesignmultiplyfunctiontoimplementmultiplyoperation.Thiswillbelow-performance.Onthispaper,Ihavedesignedaspecialhigh-performancemultiplicationanddivisionunit.Inaddition,threekindsofIOinterfaceunitsweredesignedtowildtheapplicationofMiniSysSoc.OneofthemistheSDRAMController.DifferenttoSRAM,SDRAMusuallyneedacontrollertowork.Iwilldescribethedesigndetail.AnotherisI2C-busController.I2C-bussupportsanyICfabricationprocess.Twowires,serialdataandserialclock,carryinformationbetweenthedevices.ThelastisLCDController.Inthisthesis,thedesignofeveryunitindetailandsomeoptimizingforCPUhasdoneweredescribed.KEYWORD:Multiply,Division,SDRAMController,I2C-busController,LCDControllerIII目录摘要-----------------------------------------------------------------------------------------------------IAbstract------------------------------------------------------------------------------------------------II目录---------------------------------------------------------------------------------------------------III第1章绪论------------------------------------------------------------------------------------------11.1引言------------------------------------------------------------------------------------------11.2SOC设计的现状--------------------------------------------------------------------------21.3MiniSysSoC概述及论文的工作-------------------------------------------------------21.4本论文内容安排---------------------------------------------------------------------------3第2章MiniSysSoC的架构----------------------------------------------------------------------42.1MiniSysSoC的总体架构----------------------------------------------------------------42.2流水线CPU的结构-----------------------------------------------------------------------52.2.1MiniSysCPU总体结构图-------------------------------------------------------52.2.2相关问题处理----------------------------------------------------------------------62.3I/O接口模块的结构----------------------------------------------------------------------82.3.1I/O端口地址与I/O地址空间设计--------------------------------------------82.3.2MiniSysBus与总线控制模块设计---------------------------------------------9第3章乘/除法运算单元的设计与实现------------------------------------------------------103.1乘法运算单元的设计与实现----------------------------------------------------------103.1.1两种常用的乘法算法-----------------------------------------------------------103.1.2乘法运算单元设计与实现-----------------------------------------------------113.1.3仿真测试--------------------------------------------------------------------------123.2除法运算单元的设计与实现----------------------------------------------------------133.2.1两种减法逻辑算法--------------------------------------------------------------133.2.2除法运算单元的设计和实现-------------------------------------------------143.2.3仿真测试--------------------------------------------------------------------------16第4章I/O接口的设计与实现-----------------------------------------------------------------184.1SDRAM控制器的设计与实现-------------------------------------------------------184.1.1SDRAM简介--------------------------------------------------------------------184.1.2SDRAM控制器的设计与实现-----------------------------------------------194.1.3仿真测试--------------------------------------------------------------------------234.2I2C总线控制器的设计与实现--------------------------------------------------------244.2.1I2C总线简介---------------------------------------------------------------------244.2.2I2C总线控制器设计与实现---------------------------------------------------264.2.3仿真测试-------------------------------------------------------------------------294.3LCD控制器的设计与实现------------------------------------------------------------304.3.1LCD简介-------------------------------------------------------------------------304.3.2LCD控制器的设计与实现----------------------------------------------------31IV4.3.3仿真测试--------------------------------------------------------------------------33第5章MiniSysSoC系统整合与仿真测试--------------------------------------------------345.1MiniSysSoC系统整合-----------------------------------------------------------------345.2MiniSysSoC系统仿真测试-----------------------------------------