SOC(System-on-Chip)称为系统级芯片,也称为片上系统,是一个有专用功能的集成电路,它包括完整系统和嵌入软件。SOC可以充分利用已有的设计积累,显著地提高了ASIC的设计能力,因此发展非常迅速,引起了工业界和学术界的关注,SOC随之成为集成电路发展的必然趋势,因此准确高速的设计SOC的方法是SOC设计的迫切需要。首先,本论文介绍了FPGA的概念和组成部分,介绍了SOC和CPU的发展历程和发展前景,给出了SOC的设计背景和设计流程。其次,本论文针对自顶向下的设计一个SOC应用了一种准确的分析方法,即潜伏期分析方法,并且提出了一种高速的实现方法,即全流水线实现方法;并叙述了有限状态机理论;在设计过程中应用了TP(Ticks Process charts)图和SFM(Sequential Machine Flow)表的设计方法;应用这些理论方法完成了一个片上系统的架构设计,CPU的架构设计;完成CPU的指令系统设计,并对取指周期和路径,执行周期和路径,进行了精确的潜伏期分析;同时指令系统加入中断进入序列和中断返回指令RTI的潜伏期分析,给片上系统加入了中断功能。最后,论文采用verilog HDL语言进行片上系统和CPU各个模块的设计,板上系统SOB的架构设计和各个模块的设计,设计了流水灯和菲薄纳契序列(Fibonacci)的算法流程图,用汇编语言进行编写。Modelsim对流水灯和菲薄纳契序列(Fibonacci)进行仿真验证,然后将设计好的板上系统下板,流水灯的正常运行和菲薄纳契序列(Fibonacci)的正确运算证明设计的SOC的架构和CPU的指令系统是符合要求的,在流水灯运行的同时可以进行菲薄纳契序列(Fibonacci)的正确运算证明中断系统是符合要求的。