【摘要】： IP復用技術是SOC設計的核心技術，使芯片設計變得快捷，設計風險也大為降低。八位微控制器IP核是SOC設計中應用最廣泛的一類嵌入式核。 本課題所設計的SDU_M08微控制器IP核采用哈佛結構，指令集與Microchip公司的PIC16C57完全兼容，可以廣泛應用于工業(yè)控制、汽車、儀器儀表、家用電器等系統(tǒng)中。 本文在對PIC16C57系統(tǒng)結構、指令集和系統(tǒng)時序進行仔細分析的基礎上，進行了系統(tǒng)劃分和各模塊的RTL級代碼設計。整個微控制器系統(tǒng)被劃分成控制通路和數(shù)據(jù)通路兩部分，每個子模塊都進行了精心的設計，部分模塊還進行了特別優(yōu)化。設計中嘗試使用DesignWare庫中的IP模塊對設計進行了優(yōu)化，取得了顯著的效果；數(shù)據(jù)通道模型的設計使數(shù)據(jù)通道的設計變得簡單快捷，ALU采用了低功耗設計方法；設計數(shù)據(jù)存儲器時考慮到布局布線時的總線扇出，采用了分級輸出思想。 在設計的驗證方面，對FPGA原型技術進行了深入的研究，制定了詳細的驗證策略，搭建了FPGA驗證硬件平臺。探討了Flash存儲器的在線編程問題，利用FPGA實現(xiàn)了對Flash的在線編程；遵照FPGA原型實現(xiàn)流程對設計進行了仿真、綜合和布局布線；對邊界掃描測試技術進行了研究，開發(fā)了用于FPGA邊界掃描測試的軟件。 在設計和驗證的過程中，使用了一系列的EDA工具，，包括Altium公司的Protel DXP，Synopsys公司的VCS和Design Compiler，Mentor Graphics公司的Modelsim，Synplicity公司的Synplify Pro以及Altera公司的QuartusⅡ等。 SDU_M08采用精簡指令集，易于學習和使用，可廣泛應用于低功耗、高性價比的控制領域。本課題的研究為日后開發(fā)更復雜的微控制器積累了經驗，奠定了堅實的知識基礎。
【圖文】：

MCU的工作首先是從取指令開始的，其中第一條指令的地址是上電復位時的PC值 (7nH)，即PC的上電復位值所指向的指令是程序的開始。PC值和相應的ROM中指令的波形如圖5一3所示。圖中信號定義:reset:復位信號;dkl一dk4:四相不重疊時鐘;pc:程序計數(shù)器;mem:程序存儲器;romdata:PC對應的程序存儲器中的指令;inst:存儲在指令寄存器中的來自ROM的指令。圖5一3取指波形圖從仿真圖中可以看出，復位的時候，Pc的值為7flH，微控制器正常工作以后執(zhí)行的第一條指令是存在程序存儲器7ff地址處的指令(GoTo指令)。每個dk4時，與pc對應的指令被取出，即預取指。仿真結果表明，所設計的Mcu能夠從程序存儲器中正確取指，并且取值操作均是在clk4時執(zhí)行，符合設計規(guī)格。

山東大學碩士學位論文(2)程序計數(shù)器和堆棧從圖5一3可以看出Pc可以正確地執(zhí)行加l操作，下面主要驗證在程序跳轉指令執(zhí)行時Pc和堆棧的狀態(tài)。圖5一4、圖5一5、圖5一6和圖5一7為部分跳轉指令執(zhí)行時的仿真波形圖。圖中信號定義:StatuS:狀態(tài)寄存器;staekl，stackZ:兩級堆棧;skiP:雙周期指令中的空操作標識信號，控制著空操作NOP指令的插入。圖5一 4CALL指令執(zhí)行波形圖cALL指令:指令中的立即數(shù)直接改變Pc的低8位，Pc第9位清零，status寄存器的隊1，隊。(第6位和第5位)置入Pc的最高兩位。地址 02IH中的指令為CALL指令(指令碼為905)，所以022存入堆棧Stackl
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TP332;TN791

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本文編號：2655915