【摘要】： 隨著半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路設(shè)計的迅速發(fā)展,傳統(tǒng)單片機因其尺寸、功耗、速度等特性已經(jīng)難以滿足一些場合的需要。SOC技術(shù)以其成本低、功耗小、集成度高的優(yōu)勢正廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。MCS-8051是一款非常經(jīng)典的8位MCU,至今仍得到廣泛的應(yīng)用,但它較低的指令執(zhí)行速度大大限制了在高速控制中的應(yīng)用。流水線的設(shè)計方法對提高系統(tǒng)工作速度是非常有效的。本文提出了一種基于流水線結(jié)構(gòu)并且與8051指令集兼容的MCU。 本文主要對如何在復(fù)雜指令集結(jié)構(gòu)的MCU中采用流水線工作方式作了研究,主要工作內(nèi)容包括以下幾個方面: 1)根據(jù)流水線工作方式的基本原理,對51指令集進(jìn)行了分析,提出了3級流水線的方案:取指,譯碼和執(zhí)行。 2)根據(jù)3級流水線對MCU結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分并提出實現(xiàn)方法。譯碼模塊采用了硬邏輯布線的譯碼方式。指令的執(zhí)行過程實際上是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)通道的流動過程,詳細(xì)探討了數(shù)據(jù)通道的建立和主要指令執(zhí)行過程中數(shù)據(jù)流動的路徑。 3)對系統(tǒng)模塊進(jìn)行了功能擴(kuò)展,加入JTAG調(diào)制模塊和DAC串行端口控制模塊。滿足系統(tǒng)多核調(diào)試和數(shù)據(jù)端口轉(zhuǎn)換的需求。 4)采用自頂向下的設(shè)計方法,用Verilog建立了MCU的寄存器傳輸級模型,經(jīng)過功能仿真驗證和全指令集的檢測,證明設(shè)計的正確性,分析了綜合結(jié)果,最后將MCU核下載到FPGA進(jìn)行硬件驗證。 根據(jù)軟件仿真和驗證結(jié)果分析證實,本文設(shè)計的MCU在指令平均執(zhí)行性能指標(biāo)上比傳統(tǒng)8051提高了7倍。
【圖文】：

測試控制模塊結(jié)構(gòu)圖

l、加法指令:ADnA，，助本條指令是將累加器ACC的值與寄存器助的值相加，和放入累加器ACC中，同時運算過程還影響進(jìn)位標(biāo)識位。仿真運行結(jié)果如圖4.3所示:
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TP332

【參考文獻(xiàn)】

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1 金西,丁文祥,

本文編號：2619668