寄存器文件位于处理器内核中，且一般处于数据通路上，其性能的好坏直接关系到处理器的性能。尤其在一些关键应用场合对处理器的性能指标要求非常高，这就需要设计在面积、速度、功耗几个方面达到最优化的寄存器文件。本文的寄存器文件要应用在一款高性能DSP处理器上，根据处理器的结构确定了相应的设计要求，研究了多端口寄存器文件的全定制设计和实现技术，并采用了全定制的方法对其进行设计。在传统6管存储单元的基础上，对其进行修改，添加了读写端口，消除了读破坏，并基于统计学的基础上，做出了反相读出的设计，减小了功耗的同时加快了读出数据的速度。对译码器的设计在分析了静态逻辑与动态逻辑的基础上决定采用两级动态译码，在速度与稳定性两者之间取得了很好的平衡。设计定向通路，这一电路结构的存在进一步优化了读操作。本文对版图设计的过程和一般技术进行了研究，在进行版图设计时，分别采用了手指状折叠技术、电源地共享、源漏共用等一系列技术减少了19%的版图面积。本文还对寄存器文件时序库的建立进行了研究和实现，为以后单元库的建立打下了良好的基础。采用Synopsys的Liberty NCX建库工具对设计进行了时序库的建立，在这过程当中介绍了时序信息的提取、时序弧的测量、采样点的选择等与建库紧密相关的知识。本文在65nm工艺下完成了一个具有10个读端口6个写端口，容量为32×32位、能够在单周期内完成数据写入并读出、含有定向通路的寄存器文件。该寄存器文件频率可以达到600MHz。