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一款8位RISC MCU的设计

综合考虑8位MCU的发展前景和RISC体系结构的特点,充分利用EDA工具的强大功能,本论文课题采用自顶向下的设计方法,独立开发出一款具有自主知识产权、性价比较高的8位RISC MCU,并且将其CPU部分开发成可综合的软核,并且根据用户需要还可以对外围电路进行不同的配置。本论文所设计的一款8位RISC体系结构的MCU,其主要特点是:采用哈佛体系结构;指令长度为固定的13位,一共有54条指令,绝大部分指令为单周期指令,有利于简化编程,以及节省芯片面积,硬件实现;在设计中采用两级流水线;集成了32×8bit的SRAM和1k×13bit的ROM;具有休眠唤醒功能;具有看门狗复位功能;有多个可编程使用的I/O端口。本论文对整个MCU芯片的体系结构设计、指令集设计和各个主要模块设计进行了详细的论述。论文实现了系统的Verilog HDL描述,经FPGA验证,整个系统工作正常,工作频率可以达到72MHz。最后基于CSMC 0.5um工艺完成了  (本文共69页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安电子科技大学
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一款基于四级流水结构的8位MCU芯片XD2637的设计

MCU已经发展了三十多年,并随着超大规模集成电路的不断发展,MCU的性能得到了很大的提高,集成的功能也越来越多,使其应用也越来越广泛。MCU的发展在集成电路领域具有重要的意义,对MCU的研究本身也具有一定的挑战,本文基于一个科研项目的需要,设计了一个MCU芯片XD2637。本文通过对MCU的结构、指令系统和流水线技术的深入研究与仔细分析,设计完成了一款8位的MCU。从提高系统性能的角度,本设计采用了哈佛体系结构、RISC指令系统和四级流水线结构。其中,MCU的指令采用兼容PIC系列单片机14位字长的35条指令集。另外,对流水结构中可能出现的数据冒险和控制冒险均进行了硬件消除。文章详细说明了ALU模块、译码模块、程序计数器控制模块、中断处理模块和存储器模块的实现。本文使用自顶向下的数字逻辑设计方法,采用Verilog硬件描述语言完成了设计。电路源代码使用ModelsimSE进行功能仿真,完成了所有指令的验证,以及一些特殊功能,如中...  (本文共61页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北工业大学
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RISC微控制器的设计与标准化

本论文主要介绍了8位精简指令集计算机微控制器(RISC MCU)的设计实现与标准化。该课题来源于十五国防预研项目“SoC在新一代战斗机的应用”。本课题的主要研究内容为设计一款与Microchip的PICl6CXXX系列微控制器的指令系统完全兼容的,有自主知识产权的标准8位RISC MCU IP软核。论文主要内容包括以下几方面:1.根据功能需求以及对PIC16CXXX指令系统的详细分析,对RISC MCU进行总体设计以及具体的模块划分。2.介绍MCU核控制通路的具体设计,包括控制模块,指令译码部分以及中断控制模块的详细分析与设计。3.介绍MCU核的外围功能部件的具体设计,包括捕捉/比较/脉宽调制输出(CCP)部件与I2C总线控制器的的详细分析与设计。4.对当今比较通用的IP标准做一简单介绍,并主要讨论了本MCU核的标准化设计问题。5.通过编写测试激励程序完成了对系统的功能仿真、综合与布局布线。通过本论文的研究,完成了8位RISC微...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>

江南大学
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基于RISC结构的微控制器分析与设计

微控制器(MCU)出现近40年来,在消费电子,汽车电子和工业应用等领域得到了广泛的应用,随着集成电路系统进入片上系统(SOC)时代,MCU不但可以作为单个芯片应用于嵌入式系统中,也可以作为IP核集成进超大规模集成电路系统中,在国内市场上,国外MCU产品大行其道,面对如此广阔的市场,国内企业由于起步晚,技术薄弱等原因,所占市场份额较少,因此开发一款具有自主知识产权的MCU就显得相当重要,虽然应用场合多种多样,单靠一种产品已经无法满足变化万千的市场需求,但是MCU的发展呈现出单一化和集成化的发展趋势,无论MCU产品的应用场合如何变化,MCU核心模块的发展具有一定的稳定性,只要确定了MCU的体系结构,开发出基本组成模块,后续的应用开发只要在此基础上进行相应的裁剪即可。本文在仔细分析了Microchip公司的PIC系列产品中的PIC16C6X系列微控制器后,提出了采用数据总线和指令总线相分离的哈佛双总线结构,采用两级流水线结构,在原有的...  (本文共64页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北工业大学
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RISC微控制器的设计及SOC集成研究

本论文主要完成了精简指令集计算机微控制器(RISC MCU)的设计,并在Altera公司的FPGA器件上通过了验证。研究了片上系统(SOC)的相关技术,并完成了基于RISC MCU核的片上系统(SOC)的设计与验证。设计的RISC MCU与Microchip公司的PIC16C63A在指令系统上完全兼容。在详细分析RISC MCU的体系结构特点的前提下,进行了系统划分,并详细设计了该RISC MCU的数据通路,包括设计该数据通路上的ALU单元、内部数据总线、工作寄存器W以及寄存器文件等功能模块。同时,设计和实现了该微控制器的外围功能模块,包括USART通用同步异步接收发送器、SPI串行外围接口以及I/O输入输出接口等。设计的RISC MCU采用14位字长指令总线和8位字长数据总线分离的Harvard结构和二级指令流水设计,并使用硬布线逻辑代替微程序控制,加快了微控制器的速度,提高了指令执行效率。所有模块都采用Verilog硬件描述...  (本文共72页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安电子科技大学
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一款兼容MCS-51指令集的8位MCU IP核的研究与设计

MCU(Micro Control Unit)微控制器是微电子与计算机技术交叉研究的产物,自20世纪70年代产生以来在学术界与工业界一直是研究的热点。MCU广泛应用于国防、电器、测控系统、消费类电子产品等。本文采用top_down的设计方法设计一款MCU芯片,此MCU使用经典的MCS51指令集;MCU总线结构为数据总线和程序总线相分离的哈佛总线;经典的MCS51微控制器执行一条指令至少占用12个时钟周期,针对指令执行过程冗长的缺点,本文优化了MCU指令的执行过程,设计的指令译码模块译码速度快,执行一条指令最高占用4个时钟周期,比经典的MCS51微控制器的执行效率提高了6倍以上。本文用结构化的Verilog语言描述MCU的译码模块、算术逻辑运算模块等,因此结构清晰,易于扩展。经过验证可以作为嵌入式系统内核。本文首先对MCU做了简要地介绍,之后详细分析了MCS51指令集,并根据指令的特点搭建MCU内核的架构,设计了MCU的主要模块,...  (本文共73页) 本文目录 | 阅读全文>>