【摘要】： 現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展使得SOC(system-on-chip)成為IC(Integrated Circuit)設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)和主流。IP(IntellectualProperty)核復(fù)用技術(shù)由于能大大提高SOC開(kāi)發(fā)效率并降低設(shè)計(jì)成本逐漸成為一種主流的設(shè)計(jì)方法。而八位微處理器己經(jīng)成為IP庫(kù)中的重要成員,其嵌入式結(jié)構(gòu)正是SOC的一種重要實(shí)現(xiàn)技術(shù)和方法。本論文致力于一款與臺(tái)灣義隆公司的EM78系列單片機(jī)指令系統(tǒng)兼容的MCU(Micro Controller Unit)核的設(shè)計(jì),為將來(lái)開(kāi)發(fā)具有特殊用途的集成電路以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本論文首先從正向設(shè)計(jì)的角度,對(duì)EM78微控制器中的CPU(CentralProcessing Unit)單元建立了一個(gè)Verilog硬件語(yǔ)言描述的IP模型。該模型的主要特點(diǎn)是采用哈佛體系結(jié)構(gòu)和指令流水線操作。采用RISC(ReducedInstruction Set Computing)結(jié)構(gòu)的精簡(jiǎn)指令集,其指令長(zhǎng)度為固定13位,一共57條指令,絕大部分為單周期指令,在設(shè)計(jì)中采用2級(jí)流水。這個(gè)IP模型主要由算邏運(yùn)算模塊、PC指針模塊、時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、譯碼模塊、取數(shù)、回寫和存儲(chǔ)器等8大模塊組成。論文中詳細(xì)介紹了各個(gè)子模塊的設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。在完成子模塊的設(shè)計(jì)后,對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行了功能仿真,仿真結(jié)果正確符合設(shè)計(jì)初衷。 但是由于整個(gè)正向設(shè)計(jì)采用了簡(jiǎn)化的措施,相比于實(shí)際的電路還存在較大的差距。為了盡快完成整個(gè)MCU核的開(kāi)發(fā),趕上國(guó)際先進(jìn)水平,需要借鑒和吸收國(guó)外成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),否則芯片的面積和性能很難做到最優(yōu),因此我們決定通過(guò)正向和逆向結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)該微控制器。所以又從逆向設(shè)計(jì)的角度,深入研究了EM78微控制器芯片中處理器的電路結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn);對(duì)從版圖中提取的電路進(jìn)行了按模塊劃分的詳細(xì)分析,并最后綜合起來(lái)進(jìn)行了FPGA的驗(yàn)證,我們通過(guò)一些應(yīng)用程序驗(yàn)證了電路的正確性。
【圖文】：

(4)R一 OPTION功能開(kāi)/關(guān)。(5)WDT開(kāi)/關(guān)6以EM78系列的明78P156為例，它的結(jié)構(gòu)框圖如圖3一1所示，，EM78系列的其他的單片機(jī)結(jié)構(gòu)類似，不同的是工/0口資源，堆棧級(jí)數(shù)、ROM的容量等的不同。伽伽‘山.了如匆 匆 (((e欲沈二 二 憊憊憊 民民妙二二想想想 111儀萬(wàn) 萬(wàn) 犯犯 犯 SSSta比 比從從 (((工工O側(cè) 側(cè) 助助 助 砂虧弓言套寫言忍二l:三45，’圖3一 1EM78P156結(jié)構(gòu)框圖 3.2EM78主要功能特點(diǎn)·采用8位數(shù)據(jù)總線和13位指令總線獨(dú)立分離的Harvard結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。·采用RISC指令集，共有57條單字節(jié)指令，其中99%為單周期指令(對(duì)程序計(jì)數(shù)器PC指針進(jìn)行寫操作除外)。·1K~4KX13的程序存貯器(有OTP和掩膜二個(gè)版本)。·48個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器可直接尋址使用。·14個(gè)特殊功能寄存器。

4.4主要模塊的設(shè)計(jì)4.4.1頂層模塊主要是按照CPU的工作流程來(lái)劃分模塊，如圖4一3所示。本文所設(shè)計(jì)的RISC一PU的基本部件的邏輯并不復(fù)雜。分為8個(gè)模塊來(lái)考慮:1時(shí)鐘產(chǎn)生模塊此模塊主要用來(lái)通過(guò)外部時(shí)鐘產(chǎn)生流水線所需要的四相時(shí)鐘，送往其他部件用作時(shí)鐘信號(hào)。 2pC指針模塊PC指針模塊用來(lái)產(chǎn)生指向ROM的地址。根據(jù)上一條指令的執(zhí)行結(jié)果，產(chǎn)生下一條指令的地址。3譯碼模塊
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TP332

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本文編號(hào)：2637904