摘要：EDA 技术正成为电子系统设计的主流。本文基于可编程逻辑器件 FPGA，利用硬件描述语言 VHDL
设计实现了一个简易中央处理器，为今后的进一步开发打下了基础。
关键词：FPGA；VHDL；处理器
概述
随着半导体技术、集成技术和计算机技术的发展，电子系统的设计方法和手段发生了很大的变化。特别是
进入到 20 世纪 90 年代以后，EDA（电子设计自动化）技术的发展和普及给电子系统设计带来了巨大的变
化。
利用 EDA 工具，采用可编程器件，通过设计芯片实现系统功能，这种方法称为基于芯片的设计方法。这种
设计方法可以通过芯片设计实现多种数字逻辑系统功能，增强设计的灵活性，提高了工作效率；同时，基
于芯片的设计可以减少芯片的数量，缩小系统体积，降低能源消耗，提高系统的性能和可靠性，已经成为
现代电子系统设计的主流。此外，FPGA 的集成度不断提高，因此这种设计方法具有研制周期短、设计成
本低、设计灵活性高等特点，在现代电子系统中占有越来越重要的地位。计算机已经成为人们生活、工作、
学习的好帮手。计算机之所以能得到广泛的应用，是因为它具有强大的、多用途的处理功能，而实施这种
功能的就是计算机的核心部件——CPU。本文的研究对象就是基于可编程逻辑器件的系统设计，实现一个
简易处理器。在该系统中，能够使用常用的算术和逻辑运算指令，可以完成从取指令到读写数据，再到算
术和逻辑运算的功能。
硬件描述语言 VHDL
EDA 软件的自动化程度高、功能完善、运行速度快、而且操作界面友好，具有良好的数据开放性和互换性。
现代 EDA 技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力。
描述硬件电路的功能，信号连接关系及定时关系的语言称为硬件描述语言，它能比电路原理图更有效地表
示硬件电路的特性。利用硬件描述语言编程来表示逻辑器件及系统硬件的功能和行为，是集成电路设计方
法的一个重要特征。当前国内外普遍使用的主流硬件描述语言只有两种：VHDL 和 VerilogHDL，此外还
有 ABEL 和 AHDL 等。这里采用的硬件描述语言是 VHDL，设计方法是“自上至下”，即从系统的总体要求
出发，逐步将设计内容细化，最后完成系统硬件的整体设计。
VHDL 语言以 ADA 语言为基础，由美国国防高级研究计划局(DARPA)开发。IEEE1164 标准并使用至今。
1996 年又加入电路合成标准程序和规格，成为 IEEE1076.3 标准。美国国防部规定其为官方 ASIC 设计
