綜合考慮8位MCU的發(fā)展前景和RISC體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),充分利用EDA工具的強(qiáng)大功能,本論文課題采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法,獨(dú)立開發(fā)出一款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、性價(jià)比較高的8位RISC MCU,并且將其CPU部分開發(fā)成可綜合的軟核,并且根據(jù)用戶需要還可以對(duì)外圍電路進(jìn)行不同的配置。 本論文所設(shè)計(jì)的一款8位RISC體系結(jié)構(gòu)的MCU,其主要特點(diǎn)是:采用哈佛體系結(jié)構(gòu);指令長(zhǎng)度為固定的13位,一共有54條指令,絕大部分指令為單周期指令,有利于簡(jiǎn)化編程,以及節(jié)省芯片面積,硬件實(shí)現(xiàn);在設(shè)計(jì)中采用兩級(jí)流水線;集成了32×8bit的SRAM和1k×13bit的ROM;具有休眠喚醒功能;具有看門狗復(fù)位功能;有多個(gè)可編程使用的I/O端口。 本論文對(duì)整個(gè)MCU芯片的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、指令集設(shè)計(jì)和各個(gè)主要模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。論文實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的Verilog HDL描述,經(jīng)FPGA驗(yàn)證,整個(gè)系統(tǒng)工作正常,工作頻率可以達(dá)到72MHz。最后基于CSMC 0.5um工藝完成了整個(gè)芯片的邏輯綜合、布局布線、版圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證,芯片后仿真時(shí)工作頻率可以達(dá)到65MHz。

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 RISC體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展和特點(diǎn)
    1.2 8 位MCU的現(xiàn)狀和發(fā)展前景
    1.3 論文課題的意義
    1.4 論文課題的主要研究工作
    1.5 論文課題的設(shè)計(jì)流程
    1.6 論文課題的研究成果
    1.7 論文課題的主要內(nèi)容
第二章 MCU體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
    2.1 MCU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    2.2 流水線的設(shè)計(jì)
    2.3 時(shí)序設(shè)計(jì)
    2.4 中斷系統(tǒng)
    2.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)
    2.6 工作寄存器
        2.6.1 間接尋址寄存器（IAR/R0）
        2.6.2 計(jì)數(shù)／定時(shí)寄存器（TCC/R1）
        2.6.3 程序指針寄存器（PC/R2）
        2.6.4 狀態(tài)標(biāo)志寄存器（SR/R3）
        2.6.5 RAM選擇寄存器（RSR/R4）
        2.6.6 PORT5 寄存器(R5)
        2.6.7 PORT6 寄存器(R6)
        2.6.8 中斷狀態(tài)寄存器(RF)
    2.7 特殊功能寄存器
        2.7.1 累加器（ACC）
        2.7.2 控制寄存器（IOC1）
        2.7.3 PORT5 控制寄存器（IOC5）
        2.7.4 PORT6 控制寄存器（IOC6）
        2.7.5 下拉控制寄存器(IOCB)
        2.7.6 漏極開路控制寄存器（IOCC）
        2.7.7 上拉控制寄存器（IOCD）
        2.7.8 WDT控制寄存器（IOCE）
        2.7.9 中斷屏蔽寄存器（IOCF）
    2.8 I/O輸入輸出單元
    2.9 振蕩器
第三章 MCU的指令系統(tǒng)
    3.1 MCU指令概述
        3.1.1 控制類指令
        3.1.2 邏輯運(yùn)算類指令
        3.1.3 位操作類指令
        3.1.4 數(shù)據(jù)傳輸類指令
        3.1.5 特殊功能類指令
    3.2 MCU的尋址方式
        3.2.1 立即數(shù)尋址方式
        3.2.2 直接尋址方式
        3.2.3 間接尋址方式
        3.2.4 位尋址方式
        3.2.5 隱含尋址方式
    3.3 MCU的指令說明
第四章 MCU主要模塊的設(shè)計(jì)
    4.1 ALU模塊的設(shè)計(jì)
        4.1.1 數(shù)的表示
        4.1.2 標(biāo)志位
        4.1.3 超前進(jìn)位加法器
        4.1.4 ALU模塊的實(shí)現(xiàn)
    4.2 PC指針模塊的設(shè)計(jì)
        4.2.1 下一條指令地址的實(shí)現(xiàn)
        4.2.2 從ROM中讀取指令
    4.3 控制機(jī)模塊的設(shè)計(jì)
        4.3.1 時(shí)鐘產(chǎn)生的模塊
        4.3.2 指令寄存模塊的設(shè)計(jì)
        4.3.3 譯碼模塊的設(shè)計(jì)
        4.3.4 中斷控制模塊的設(shè)計(jì)
    4.4 休眠/喚醒模塊的設(shè)計(jì)
    4.5 復(fù)位模塊的設(shè)計(jì)
    4.6 定時(shí)計(jì)數(shù)器/看門狗模塊
    4.7 I/O端口模塊的設(shè)計(jì)
    4.8 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)
第五章 MCU的驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)
    5.1 MCU的驗(yàn)證方法
    5.2 MCU數(shù)字部分的RTL代碼實(shí)現(xiàn)
        5.2.1 通用的代碼風(fēng)格
        5.2.2 可綜合的代碼風(fēng)格
        5.2.3 MCU數(shù)字部分的RTL代碼實(shí)現(xiàn)
    5.3 編譯器的設(shè)計(jì)
    5.4 系統(tǒng)的FPGA驗(yàn)證
    5.5 后端設(shè)計(jì)
        5.5.1 邏輯綜合
        5.5.2 版圖設(shè)計(jì)
第六章 結(jié)束語
致謝
參考文獻(xiàn)
在學(xué)期間研究成果



本文編號(hào)：3757297