1 前言

設計研究適用于國防和民用需求的高性能、高精度的微處理器（MPU），已經變得十分重要和迫切。為了處理大量實數數據，并考慮計算精度和實時性，需要將MPU單獨分離出來一部分進行浮點運算，像現在的高檔數字信號處理芯片（DSP）都含有一個FPU，所以研制高性能的浮點運算單元IP具有重要意義[1]。

微程序的概念和原理是由劍橋大學數學教研室教授M.V.Wilks在1951年第一次提出的[2]，但隨后15年，由于控制存儲器的問題制約了微程序技術的發展。由于LSI和VLSI? 控制存儲器的發展，微程序在微型機中已經開始起著重要作用。

微程序控制器的性能是提高處理速度的關鍵因素之一。本論文關于微程序控制器的研究是基于哈爾濱工業大學（威海）微電子中心32位FPU的設計，其采用了微指令控制的方法，用門級完成相關模塊的設計，通過布局布線后的結果看出，該設計規模小、速度高，非常適合嵌入式應用。

2 微程序控制器的結構及設計

在微處理器中產生控制信號一般由微程序和狀態機兩種方法實現，其中微程序屬于固件。微程序控制器輸出的微指令用來控制整個FPU工作[3]。一條微程序一般由操作控制和順序控制兩大部分組成。控制部分用來管理和指揮FPU的工作[4]。微程序的順序控制部分用來決定產生下一條微指令的地址。微程序控制器有其自身的優點，比如：具有規整性、靈活性和可維護性等一系列優點。本設計的微程序控制器的結構如圖1所示。

微程序控制器主要包括三部分，用于產生下一條微指令的微地址生成模塊、用于存儲微指令的存儲器（此為一塊Rom）和用于指揮FPU工作的控制總線，其中主要是前兩部分，下面分別給與介紹：

2.1 微地址生成模塊介紹

微地址生成模塊主要目的就是產生下一條微指令的地址。地址線寬為8bit，下一條微地址由如下幾條產生（如圖2所示）：

1.ExcMiptr信號是用來選擇由于一條FPU指令執行過程中產生各種異常（包括結果不精確異常、上溢、下溢和無效異常）對應的異常操作與控制的入口地址。

2.nextMiptr信號是用于選擇一條FPU指令執行過程正常情況下，產生下一條微指令的地址。

3. RomEntry信號是用于根據FPU指令選擇不同指令的入口地址，本設計把單精度和雙精度的加、減、乘、除、乘加等指令設計有不同的控制入口地址。

4.RomMiptr信號是微地址默認的停靠地址，即在復位和FPU空閑時輸出的默認地址

5.feedback信號是用于選擇用于跳轉微指令地址，例如在本設計中用于乘加、乘減指令的跳轉控制。

如上這些地址信號的控制都來源于微指令的控制位。其中是否產生分支的控制如圖3所示。

圖3 微指令分支控制信號生成圖