芯片国产化在IC设计产业中掀起了热潮,芯片的核心是处理器,处理器的灵魂是指令集架构。自从开源指令集架构RISC-V登场以来,我国自研芯片迎来了新的发展契机。但是HDL编程语言复杂、入门困难,没有丰富的编程经验很难完成像处理器这样复杂项目的研发,专业人才空缺,是眼下制约我国芯片发展的首要因素。本文致力于开源免费指令集架构RISC-V的研究,基于Digital软件,以图形化编程的方式完成RISC-V架构的单周期硬布线处理器、微程序控制处理器和五级流水线处理器的设计。在Digital和ModelSim中完成仿真测试,并在FPGA中完成运行测试。处理器的仿真测试及运行测试结果表明,处理器能够正确运行。设计方案完全可以作为工业级标准处理器的设计参考。本文具体研究内容如下:(1)研究开源指令集架构RISC-V的RV32I指令集,对指令特点、指令编码格式及指令架构高效的原因进行详细分析。设计并实现RV32I翻译器,将汇编代码翻译成机器码。(2)研究开源软件Digital,对软件进行优化。完善常用逻辑组件,增加第三方JAR包导入功能,实现基于Lattice machXO2系列FPGA IP核调用的第三方包。(3)基于Digital软件,设计RISC-V架构的单周期硬布线处理器、微程序控制处理器和五级流水线处理器。在Digital和ModelSim中进行仿真,并在STEP-MXO2-C开发板中运行。本文基于Digital的RISC-V架构处理器研究与实现,以图形化编程的方式替代处理器设计中复杂的HDL编程过程,极大地降低了处理器设计的门槛。