基于CPU-FPGA的SoC实验系统设计

摘要

针对现有微电子与集成电路专业课程大多以理论为主，缺少仿真实验，FPGA(Field Programmable Gate Array)实操类实验项目严重不足的问题，设计了一套基于CPU(Central Processing Unit)-FPGA的SoC(System on Chip)实验系统。利用ModelSim等仿真工具，以FPGA为开发平台实现CPU系统功能。以RISC-V(Reduced Instruction Set Computer)精简指令集为该CPU的指令集，以模块化为设计思想，从微处理器的局部到总体设计5级流水线CPU。系统融合了软硬件开发，能激发学生的学习兴趣。搭建的实验平台逐步实现CPU的配置与指令集至整个CPU的架构、编程、仿真、下载与调试，使学生对FPGA实现集成电路系统设计有深入理解，有助于专业理论课程的学习。通过将OBE(Outcomes-Based Education)教学理论应用于集成电路EDA(Electronic Design Automation)课程的仿真实验结果表明，这种设计方法与内容适用于产学研相结合，并能提高学生创新创业能力。

关键词

中央处理器 / 现场可编程门阵列 / 实验系统 / 流水线技术