随着集成电路设计和工艺技术的发展，可编程片上系统（SoPC）已经在工业控制、消费类电子等嵌入式中得到了广泛的应用。它不仅减小了电路尺寸，而且具有成本低廉，可靠性高，功耗低等优点。微处理器内核是SoPC不可或缺的“心脏”，其直接决定了整个SoPC系统的性能、成本和功耗。　　 本文首先介绍了SoPC中的主流微处理器软核以及MIPS指令系统的特点。在此基础上，提出了支持MIPSⅠ指令系统32位处理器微结构VMIPS，该处理器内核采用了取指、取操作数、执行、访存和写回五级流水线结构。　　 微处理器内核的优化设计和实现依赖于特定的实现平台。本文针对Xilinx公司Virtex-4 FPGA平台，采用其中丰富的DSP48和块存储器模块，对处理器系统中的算术运算部件（AMDU）、寄存器文件、片上存储系统、微码控制器等关键部件进行了优化设计。同时，还详细介绍了该微处理器内核中逻辑运算部件（LCSU）、操作数产生部件（opsti）、PC控制器等部件的设计原理。　　 流水线是提高微处理器吞吐率的重要方法，但也会带来数据冲突和控制冲突这两类流水线冲突问题。针对这两种类型的冲突，VMIPS中分别使用了重定向、阻塞和刷新流水线三种方法来解决，并给出了最终完整的VMIPS流水线冲突化解解决方案。　　 微处理器系统设计是一个比较复杂的工作，其中设计错误在所难免，需要对其进行完整的验证。在VMIPS处理器内核验证过程中，采用了部件级验证、单条指令验证、指令的流水线相关性验证和整个程序的软件模拟器对比验证四级验证方法，来确保处理器设计的正确性。　　 通过对上述基于FPGA的微处理器关键技术研究，本论文设计和实现了一个具有自主知识产权的微处理器软核系统VMIPS，与国际主流微处理器软核MicroBlaze相比，VMIPS的主频和芯片面积与之相当，而且在指令功能上还略胜与它。本文的研究成果可以广泛应用于多种SoPC系统中，具有一定的推广应用价值。