CISC处理器在实际应用中最为广泛,相关软件最为丰富;但是它也有着现代微处理器中最复杂的存储管理单元。本文来源于西北工业大学航空微电子中心所承担的国防“十·五”预研项目(编号:41308010307),作者参与完成了32位嵌入式CISC处理器龙腾C2的研究与设计。 本文主要研究并实现了32位CISC处理器龙腾C2的存储管理单元(MMU)。本文对32位的Intel结构处理器的存储管理单元进行了详尽的分析,在此基础之上自行设计了同时支持实模式、保护模式和虚拟8086模式三种工作模式的龙腾C2的存储管理单元。 本论文的主要工作如下: 1.详细分析了Intel的32位处理器(简称IA-32)的地址管理机制和地址保护机制,分析了存储管理单元设计的最新技术,为龙腾C2微处理器存储管理单元的设计奠定了基础。 2.参与完成了龙腾C2的总体结构设计和流水线设计,提出了存储管理单元的设计方案。存储管理单元采用分段与分页组合的方式来支持三种工作模式下逻辑地址到物理地址的转换;采用硬件机构TLB来加快转换过程,使得地址转换大多数情况下能在一个时钟周期内完成;同步完成基于访问权的保护测试。 3.完成了龙腾C2存储管理单元的详细设计。分别对TLB不命中、跨行跨页、下级流水段阻塞和微指令分支预测等进行了详细分析,设计实现了MMU流水控制机制,解决了CISC结构中单条指令和单个数据跨页、跨Cache行的问题。 4.结合整个项目的验证计划,设计了模块级仿真验证存储管理单元的TestBench模型,并使用代码检查、时序验证、覆盖率检查、功能点验证和FPGA验证等方法,对龙腾C2处理器的MMU单元进行了充分的验证。 本文紧密结合国防“十·五”预研课题,深入开展了支持保护模式的32位嵌入式CISC处理器的研究,完成了龙腾C2微处理器MMU单元的设计,研究成果对进一步研究更高性能的x86系列处理器提供了方法和思路,对我国开发自主版权的嵌入式CISC处理器具有十分重要的意义。