在嵌入式系統(tǒng)低端的微控制器領(lǐng)域,從8位微控制器誕生至今的近30年里,8051系列一直扮演著一個獨特的角色。由于MCS-51提供的最佳兼容性,使MCS-51在被改造后,還能以不變的指令系統(tǒng)、基本單元的兼容性保持著8051內(nèi)核的生命延續(xù),并在未來片上系統(tǒng)(SOC)發(fā)展中,擔(dān)任8位微控制器內(nèi)核的重任[1]。 本課題的研究就是在此產(chǎn)業(yè)背景下,為滿足當(dāng)前工程應(yīng)用需要,通過對內(nèi)核的重新定義,改造和設(shè)計,設(shè)法提升8051內(nèi)核的指令執(zhí)行效率。相關(guān)資料表明,在過去十年間改造8051內(nèi)核指令執(zhí)行效率的辦法大致有以下兩種: 1)維持最初內(nèi)核結(jié)構(gòu)定義,將機(jī)器周期從12個縮短到6個或4個。但這種改造方式指令執(zhí)行效率提升有限; 2)通過改變編譯器,將指令代碼設(shè)計為RISC。指令執(zhí)行周期完全是一個周期。但這樣實現(xiàn)方式,在實際應(yīng)用受到一定的限制。除此以外設(shè)計復(fù)雜度相對較高,成本也比較高。 而本課題側(cè)重點在提升8051指令執(zhí)行效率上采取了新的途徑,采用不同于以上的第三種方式,即設(shè)法在保持CISC結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)不變的情況下,對指令運(yùn)行實行流水作業(yè),多指令按照節(jié)拍并行執(zhí)行,以提高在程序執(zhí)行時的指令執(zhí)行效率。在本文闡述了針對...

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 8051 微控制器的發(fā)明和發(fā)展
        1.1.1 8051 微控制器的發(fā)明和早期架構(gòu)
        1.1.2 8051 微控制器的指令執(zhí)行效率的改進(jìn)
    1.2 提升指令執(zhí)行效率的現(xiàn)實意義
        1.2.1 降低功耗提升用電效率
        1.2.2 拓展應(yīng)用領(lǐng)域
    1.3 處理器內(nèi)核的結(jié)構(gòu)
        1.3.1 復(fù)雜指令集和精簡指令
        1.3.2 微控制器內(nèi)核設(shè)計
    1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)
第二章 指令分析
    2.1 8051 的指令格式
    2.2 8051 的指令功能
        2.2.1 算術(shù)運(yùn)算指令（共24 種）
        2.2.2 邏輯操作指令（共25 種）
        2.2.3 數(shù)據(jù)傳送指令（共28 種）
        2.2.4 控制轉(zhuǎn)移指令（共17 種）
        2.2.5 位操作類指令（共17 種）
    2.3 8051 指令尋址方式
        2.3.1 立即尋址
        2.3.2 直接尋址
        2.3.3 寄存器尋址
        2.3.4 寄存器間接尋址
        2.3.5 變址尋址
        2.3.6 相對尋址
        2.3.7 位尋址
    2.4 8051 指令編譯數(shù)據(jù)
        2.4.1 單字節(jié)指令
        2.4.2 雙字節(jié)指令
        2.4.3 三字節(jié)指令
第三章 系統(tǒng)規(guī)劃和流水結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)
    3.1 特性定義和功能描述
        3.1.1 特性定義
        3.1.2 模塊框圖
    3.2 內(nèi)部功能設(shè)計說明
        3.2.1 存儲器控制設(shè)計說明
        3.2.2 特殊功能寄存器設(shè)計說明
        3.2.3 中斷設(shè)計說明
        3.2.4 復(fù)位設(shè)計說明
        3.2.5 時鐘設(shè)計說明
    3.3 流水架構(gòu)設(shè)計說明
        3.3.1 多級級指令流水線的劃分
        3.3.2 流水架構(gòu)核心設(shè)計原理
        3.3.3 典型流水指令的實現(xiàn)和各模塊的設(shè)計劃分
第四章 系統(tǒng)各模塊的功能和實現(xiàn)
    4.1 控制模塊和指令解碼模塊
        4.1.1 模塊功能說明
        4.1.2 模塊實現(xiàn)說明
        4.1.3 模塊接口說明
    4.2 程序地址指針模塊
        4.2.1 模塊功能說明
        4.2.2 模塊實現(xiàn)說明
        4.2.3 模塊接口說明
    4.3 算術(shù)邏輯單元模塊
        4.3.1 模塊功能說明
        4.3.2 模塊實現(xiàn)說明
        4.3.3 模塊接口說明
    4.4 特殊功能寄存器模塊
        4.4.1 模塊功能說明
        4.4.2 模塊實現(xiàn)說明
        4.4.3 模塊接口說明
    4.5 中斷控制模塊
        4.5.1 模塊功能說明
        4.5.2 模塊實現(xiàn)說明
        4.5.3 模塊接口說明
第五章 系統(tǒng)驗證和性能評價
    5.1 VERILOG HDL 實現(xiàn)
        5.1.1 基本介紹
        5.1.2 課題設(shè)計方法
    5.2 MODELSIM 驗證
    5.3 典型指令實際執(zhí)行模擬
        5.3.1 算術(shù)指令
        5.3.2 布爾運(yùn)算指令
        5.3.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移指令
        5.3.4 程序跳躍指令
        5.3.5 邏輯指令
    5.4 性能說明
        5.4.1 流水的性能
        5.4.2 內(nèi)核的性能
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 研究工作總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
附錄1
附錄2
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號：3789175