一种面向嵌入式场景的五级流水线RISC-V处理器设计
Design of five-stage pipelined risc-v processor for embedded scenarios
1. 重庆科技大学 计算机科学与工程学院(人工智能学院), 重庆 401331
2. 重庆市高校智能汽车网联协同与安全重点实验室, 重庆 401331
3. 重庆大学 微电子与通信工程学院, 重庆 400065
摘要
针对智能网联汽车与物联网领域分布式控制节点对低成本、低功耗及高实时性的需求，设计并实现了一款基于RISC-V RV32IM指令集的32位五级流水线处理器核。处理器采用五级流水结构，集成硬件乘除法单元，引入动态分支预测与数据前递技术，有效抑制了控制冒险与数据冒险导致的流水线停顿，提高了单位频率下的指令执行效率。处理器采用Verilog HDL实现，基于AXI4-Lite总线构建片上系统(SoC)，并通过差分测试完成逻辑功能验证。在Xilinx KU5P FPGA平台上的综合测试结果表明：在200MHz工作频率下，该处理器仅消耗5712个Slice LUT和2091个寄存器，性能表现达到1.62 DMIPS/MHz与2.81 CoreMark/MHz。与蜂鸟E203相比，DMIPS和CoreMark性能分别提升30.6%和31.3%；与VexRiscv相比分别提升30.6%和19.6%。该架构在维持极低硬件资源消耗的同时，显著提升了运算效能，为资源受限的嵌入式应用提供了一种兼顾高性能与高能效的 RISC-V 处理器解决方案。
基金项目
重庆市自然科学基金创新发展联合基金(市教委)项目(CSTB2025NSCQ-LZX0120)
重庆市教委科学技术研究项目(KJQN202501524)
重庆科技大学本科教育教学改革研究项目(202553)
全国高等院校计算机基础教育研究会计算机基础教育教学研究课题(2025-AFCEC-769)
出版信息
DOI: 10.19734/j.issn.1001-3695.2026.02.0028
出版期卷: 《计算机应用研究》 优先出版, 2026年第43卷 第9期
发布历史
[2026-05-26] 优先出版
引用本文
于安宁, 黄晗, 利节, 等. 一种面向嵌入式场景的五级流水线RISC-V处理器设计 [J]. 计算机应用研究, 2026, 43 (9). (2026-06-02). https://doi.org/10.19734/j.issn.1001-3695.2026.02.0028. (Yu Anning, Huang Han, Li Jie, et al. Design of five-stage pipelined risc-v processor for embedded scenarios [J]. Application Research of Computers, 2026, 43 (9). (2026-06-02). https://doi.org/10.19734/j.issn.1001-3695.2026.02.0028. )
关于期刊
- 计算机应用研究 月刊
- Application Research of Computers
-
刊号
ISSN 1001-3695
CN 51-1196/TP
《计算机应用研究》创刊于1984年，是由四川省科技厅所属四川省计算机研究院主办的计算技术类学术刊物。
《计算机应用研究》瞄准本学科领域迫切需要的前沿技术，及时反映国内外计算机应用研究的主流技术、热点技术及最新发展趋势。主要刊载内容包括本学科领域高水平的学术论文、本学科最新科研成果和重大应用成果。栏目内容涉及计算机学科新理论、计算机基础理论、算法理论研究、算法设计与分析、区块链技术、系统软件与软件工程技术、模式识别与人工智能、体系结构、先进计算、并行处理、数据库技术、计算机网络与通信技术、信息安全技术、计算机图像图形学及其最新热点应用技术。
《计算机应用研究》拥有众多高层次读者、作者，读者对象主要为从事计算机学科领域高、中级研究人员及工程技术人员，各高等院校计算机专业及相关专业的师生。多年来《计算机应用研究》的总被引频次及Web下载率一直名列本学科同类学术刊物前茅，所刊发的学术论文以其新颖性、学术性、前瞻性、导向性、实用性而备受广大读者的喜爱。
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