新型可支持.Net IL指令的处理器设计

摘要

随着时代的发展，嵌入式设备和可移动设备在我们的日常生活里扮演了越来越多、越来越重要的角色。因此在桌面领域非常流行的Java技术，也被人们广泛地应用于在嵌入式方面。但是由于Java是一个基于虚拟机的技术，在嵌入式上应用效率低下。为此业界设计了很多Java Chip用于支持Java技术，从而使Java技术在嵌入式领域得到了广泛的应用。 ．Net技术是微软在2000年提出来的一系列技术，其核心框架也是基于虚拟机的技术，该虚拟机的指令集叫．Net IL指令集。．Net IL指令集是栈式指令集，它共有220条指令。现在在桌面领域．Net足以和Java抗衡。但是当前业界在嵌入式领域．Net的普及率明显低于Java，并没有一款可支持．Net IL指令的处理器。于是本文设了一个新型的可支持．Net IL指令的处理器picoDotNet来改变现状，可使．Net技术在嵌入式设备上的效率大大提高，从而提高．Net技术的普及率。 本文所设计的picoDotNet处理器采用了栈式哈佛结构、六级流水线，并用微码方式实现指令，同时加入了指令折叠技术，这使得该处理器灵活并具有很强扩展性，其效率不低于常见的RISC体系的CPU，使其可广泛适用于嵌入式领域。 本文设计的picoDotNet结构分为三大块：(1)外围模块。主要有指令缓存控制单元，数据缓存控制单元，堆栈缓存管理单元。(2)核心模块。主要有指令译码折叠单元，寄存器控制单元，指令执行单元，微码单元，浮点运算单元。(3)特殊寄存器。主要有PC寄存器，PSR状态寄存器等。picoDotNet多个模块均是可配置的，从而可以根据不同的需要来减少芯片的大小。 经应用程序测试，其性能高效，很好地支持了．Net IL指令，达到了预期的目标。

目录

文摘

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声明

第一章 picoDotNet的研究背景和意义

1.1 课题研究的背景

1.1.1 计算机语言的发展历程

1.1.2 Java语言的发展历程和特点

1.1.3 业界现在面临的问题

1.2业界现阶段的解决方案

1.3课题研究的意义

第二章picoDotNet指令系统和体系结构设计

2.1.Net技术简介

2.1.1.NET Framework架构

2.1.2.NET Framework环境

2.1.3公共语言运行库的功能

2.1.4.NET Framework类库

2.1.5客户端应用程序开发

2.1.6服务器应用程序开发

2.1.7服务器端托管代码

2.2 picoDotNet指令集

2.2.1 picoDotNet指令集介绍

2.2.2 .Net IL指令执行过程

2.3 picoDotNet的体系结构设计分析

2.3.1 picoDotNet的体系结构

2.3.2 picoDotNet指令的实现方式

第三章picoDotNet系统结构

3.1. picoDotNet系统结构概述

3.1.1. 外围模块

3.1.2. 核心模块

3.1.3. 特殊寄存器

3.2. 指令缓存单元

3.3. 中央控制单元

3.3.1. 指令译码折叠单元

3.3.2. 寄存器控制单元

3.3.3. 指令执行单元

3.3.4. 微码单元

3.4. 浮点运算单元

3.5. 数据缓存单元

3.6. 堆栈管理单元

3.7. 总线接口单元

3.8. PCSU单元

第四章结论和展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果