【摘要】： 高性能微控制器(即MCU)是數(shù)字系統(tǒng)的核心部件,目前很多的電子和家電產(chǎn)品中都用到了MCU。今天,科學(xué)計(jì)算、數(shù)字信號(hào)處理和圖象處理、微控制和處理器等計(jì)算量很大的領(lǐng)域?qū)Ω咝阅艹朔ㄟ\(yùn)算的需求使得乘法運(yùn)算必須通過(guò)全硬件方法實(shí)現(xiàn)。相對(duì)來(lái)說(shuō),乘法代價(jià)高并且運(yùn)算速度慢,很多計(jì)算問(wèn)題的性能通常由乘法運(yùn)算所能執(zhí)行的速度決定,乘法器完成一次操作的周期基本上決定了處理器的主頻。在速度和面積方面乘法器都是非常重要的。過(guò)去十多年中,高性能乘法器技術(shù)突飛猛進(jìn),新的理論和方法不斷涌現(xiàn),乘法器算法圍繞著延時(shí)最小,結(jié)構(gòu)映射規(guī)則和盡可能降低功耗的原則展開。 本課題針對(duì)目前公司內(nèi)部已有的MCU項(xiàng)目,在8051系列微控制器(IP CORE)的基礎(chǔ)上對(duì)算術(shù)運(yùn)算模塊進(jìn)行改進(jìn),采用一種高效的乘法器(乘-累加器件)。按照數(shù)字ASIC自頂向下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程,采用模塊化設(shè)計(jì)方法,利用VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言,實(shí)現(xiàn)了微控制器的DSP功能,增加了微控制器的數(shù)字運(yùn)算能力,使該微控制器可以進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。通過(guò)Veirlog XL對(duì)Verilog代碼進(jìn)行仿真,使用Design Compiler工具對(duì)代碼進(jìn)行綜合,再使用Veirlog XL等對(duì)綜合后的器件進(jìn)行后仿真,最后給出了部分版圖的設(shè)計(jì)。 本文在實(shí)現(xiàn)MCU的乘-累加器的設(shè)計(jì)過(guò)程中,按照可復(fù)用IP核的要求,分析了乘法和加法單元的結(jié)構(gòu)、電路和算法,設(shè)計(jì)了8位乘加器的IP核,嵌入到8051MCU的IP核中,增加了MCU的運(yùn)算功能。對(duì)于8位乘加器的IP核設(shè)計(jì),在節(jié)省資源和縮短延遲方面,都提出了有效獨(dú)特的解決方案。文中提出的乘加器嵌入到MCU的方法,并編寫了相應(yīng)的接口模塊,為開發(fā)其他MCU嵌入功能提供了參考方案。同時(shí)也提供了一些測(cè)試代碼。 文中提出的設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)方法,運(yùn)用工具手段都圍繞著IP核的可重用性,通用性,可移植性及正確性四個(gè)基本特征展開,對(duì)于以IP核設(shè)計(jì)復(fù)用為基礎(chǔ)的VLSI設(shè)計(jì)研究和公司內(nèi)的IP改造有參考價(jià)值和實(shí)際意義。
【圖文】：

面簡(jiǎn)要介紹一下各個(gè)模塊： ALULU 模塊是主要的數(shù)據(jù)處理中心。ALU 的設(shè)計(jì)采用全組合電路實(shí)現(xiàn)，采用線結(jié)構(gòu)，既減小了版圖面積，又可以提高運(yùn)算速度。處理數(shù)據(jù)包括:加減法，作，邏輯操作，傳送操作等。ALU MUXALU MUX 是 ALU 的操作數(shù)選擇模塊。ALU 通常有兩個(gè)操作數(shù)。乘法器/除法器模塊乘法器/除法器模塊專門用于處理乘法和除法指令，乘法和除法的操作數(shù)來(lái)CC 和 B 來(lái)完成這樣的指令。譯碼器模塊譯碼器模塊是 M8051 控制單元的指令譯碼模塊，為硬布線結(jié)構(gòu)(組合電構(gòu))，此結(jié)構(gòu)的采用，大大提高了指令的運(yùn)行速度。譯碼器模塊對(duì)指令寄存R)進(jìn)行描述，對(duì)指令的輸出節(jié)拍進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)間址操作和多周期指令操作。據(jù)存貯器模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊采用雙口 RAM，不同于標(biāo)準(zhǔn) 8051 的單口 RAM，提高Figure2-1 M8051 hardware modules structure

結(jié)構(gòu) MAC 高速運(yùn)算時(shí)是否會(huì)遇到瓶頸，這里作簡(jiǎn)要介紹。早結(jié)構(gòu)注 1，它的程序和數(shù)據(jù)放在一個(gè)存儲(chǔ)器中，，共用一個(gè)數(shù)器提供的地址來(lái)區(qū)分是指令數(shù)據(jù)還是地址。存儲(chǔ)器通過(guò)(BUS )與 CPU 聯(lián)系。由于指令和數(shù)據(jù)的流動(dòng)都通過(guò)同一條行分時(shí)讀寫，使指令和數(shù)據(jù)的獨(dú)立性大為減弱，執(zhí)行速度傳輸模塊AUX CARRY OVERFLOW RCONDITION BACC RESULT并行執(zhí)行結(jié)構(gòu) ALU5 parallel executer structure ALU
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TP368.1

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