李雨倩，焦继业，刘有耀，郝振和

（1.西安邮电大学电子工程学院，西安 710121；2.西安邮电大学计算机学院，西安 710121）

0 概述

嵌入式处理器目前已用于低功耗应用的各个领域，随着小型嵌入式设备（如物联网边缘设备）的广泛使用，对嵌入式系统功能、速度、资源等要求越来越高［1-3］。同时，增长较快的物联网市场具有长尾化特性，拥有众多细分市场，对于功耗有较高的要求［4-6］。处理器是物联网设备的核心部件，特别是嵌入式物联网设备对处理器有实时性的要求，对软件生态的依赖相对较低，应用需求也不尽相同，因此，迫切需要一种能够根据自身需求可定制的RISC指令集架构［7］。

在嵌入式领域中，ARM架构的处理器占据着主导地位，当前多数嵌入式处理器都基于ARM架构。ARM系列处理器通常只能做标准化设计，很难实现差异化处理。例如最常用的Cortex-M3和Cortex-M4处理器，Cortex-M3相比于Cortex-M0增加了除法，Cortex-M4相比于Cortex-M3增加了分支预测和浮点单元。ARM在提升处理器性能的同时，面积大幅增加。

现有的嵌入式微处理器多采用顺序单发射、顺序执行和顺序写回的方式，在保证处理器性能情况下势必会牺牲面积，制约了处理器性能面积比［8］。本文通过分析当前嵌入式处理器领域存在的问题，根据RISC-V指令集的特点，设计一款32位高性能低功耗的乱序执行处理器支持RV32ICM指令集架构。使用乱序执行方式降低处理器的面积，在保证处理器性能的情况下提高性能面积比。针对处理器运行速度的需求，系统采用并发方式执行指令，支持不同类型指令并行执行。……