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32位mips微处理器内存管理单元的设计
资料介绍
本文深入研究虚拟存储系统和内存管理单元的功能特性，进行了需求分析，提出了32位MIPS微处理器内存管理单元（MMU）的设计目标，并完成了MMU的微体系结构设计，划分了功能模块。使用Verilog语言对MMU寄存器组，指令旁路地址转译后备缓冲器（TTLB）模块，数据旁路地址转译后备缓冲器（DTLB）模块，MMU控制模块等进行了详细设计，设计的MMU可将处理器发出的虚拟地址转换成内存的物理地址，并提供存储权限的保护，且支持两种模式：用户模式和管理模式。其中，ITLB，DTLB模块均采用直接映射结构，拥有64个表项的容量，并分别用作指令地址和数据地址的转换。为了节省内存空间，采用层次型的页表结构，并在设计页表项时，为每个页表项设置相应工作模式读、写或执行状态位，并设置进程号，以达到对内存空间的保护作用。搭建了功能仿真的验证平台，验证平台分为三部分，分别为用来产生虚拟地址、读写寄存器、初始化系统等操作的系统任务，被验证的MMURTL模型以及激励响应，依据测试方案，开发测试用例，在验证平台中施加激励，获取响应，确认响应是否满足预期的功能目标，直到MMU的所有功能均能正确实现。采用基于FPGA的硬件仿真，得出MMU在实际应用环境中的资源消耗报告、时序报告和功耗报告，验证了MMU的性能、资源成本、功耗等方面的可行性和正确性。
验证平台的功能仿真结果表明，所设计的MMU能够很好地完成虚拟地址到物理地址的转换，并提供存储保护的功能；FPGA的仿真结果表明所设计的MMU最高工作频率达到了165MHz，LUT资源占用率小于13%。设计的MMU整体性能良好，满足设计要求。
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