本文關(guān)鍵詞：一種8位MCU設(shè)計

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【摘要】：目前8位RISC內(nèi)核的MCU在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用非常的廣泛。同時MCU也在向著低功耗、高速度和低成本等方向發(fā)展,滿足各種應(yīng)用需求。本文重點設(shè)計一款8位的RISC指令集的MCU。整個MCU包括內(nèi)核與外設(shè)兩部分。內(nèi)核可以支持59條指令的邏輯功能,外設(shè)部分主要由兩個定時器系統(tǒng)和五個中斷源的中斷裁決系統(tǒng)組成。在微處理器設(shè)計方面,借鑒了CISC的部分設(shè)計思路,實現(xiàn)了指令集中部分雙周期RISC指令的設(shè)計。本設(shè)計分為兩級流水線,包含取指令和指令的執(zhí)行兩部分。指令的執(zhí)行由指令譯碼、取操作數(shù)、ALU執(zhí)行和數(shù)據(jù)寫回四個部分組成。ALU模塊的設(shè)計借用了SN74181的設(shè)計思想,使得整個電路的速度和面積都得到了優(yōu)化。提出既可讀寫又同時參與每條指令執(zhí)行的特殊寄存器PC和PFLAG的獨特設(shè)計思路。本文也搭建了系統(tǒng)的MCU驗證平臺。首先對每條指令所有可能執(zhí)行的情況進行了詳細的分析并驗證該情況下指令執(zhí)行的正確性。然后為了檢測指令組合運行可能存在的沖突問題,提供了6組C程序驗證。每組C程序的覆蓋率都達到85%以上。根據(jù)指令的操作碼特點和整個尋址空間的大小,設(shè)計了隨機驗證平臺,隨機產(chǎn)生三組驗證代碼,每組的覆蓋率都在90%以上。隨機驗證的正確性根據(jù)MODELSIM平臺和硬件仿真器平臺執(zhí)行結(jié)果的對比來判斷。為了檢測設(shè)計的可綜合性以及時序性,部分程序選擇在SPARTAN-3E型號的FPGA平臺上驗證,該型號FPGA自帶50M的時鐘。經(jīng)過大量的各種類型的驗證最后得到一款運行可靠的MCU。
【關(guān)鍵詞】：單片機 MCU 流水線 FPGA RISC
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP368.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 縮略語對照表13-16
• 第一章 緒論16-20
• 1.1 課題研究背景16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢16-17
• 1.3 內(nèi)容主要結(jié)構(gòu)和章節(jié)結(jié)構(gòu)17-20
• 第二章 MCU的總體結(jié)構(gòu)和特點20-30
• 2.1 MCU的基本結(jié)構(gòu)20-21
• 2.2 內(nèi)核技術(shù)分析21-28
• 2.2.1 內(nèi)核組成結(jié)構(gòu)和工作原理22-23
• 2.2.2 存儲器結(jié)構(gòu)23-26
• 2.2.3 中斷系統(tǒng)26-27
• 2.2.4 RISC指令集優(yōu)勢27
• 2.2.5 兩級流水27-28
• 2.3 本章小結(jié)28-30
• 第三章 指令集分析30-40
• 3.1 指令集分析作用與思路30
• 3.2 程序計數(shù)器操作類別30-33
• 3.3 根據(jù)尋址方式進行劃分33
• 3.4 根據(jù)使用ALU進行劃分33-36
• 3.5 指令類別36-38
• 3.6 本章小結(jié)38-40
• 第四章 RISC結(jié)構(gòu)單片機模塊設(shè)計40-58
• 4.1 系統(tǒng)模塊劃分40
• 4.2 信號發(fā)生器模塊40-41
• 4.3 取指令模塊設(shè)計41-43
• 4.4 ALU模塊設(shè)計43-47
• 4.5 譯碼器控制器設(shè)計47-49
• 4.6 寄存器組外圍電路模塊49-51
• 4.7 中斷模塊設(shè)計51-52
• 4.8 定時計數(shù)器模塊設(shè)計52-54
• 4.9 端口模塊設(shè)計54-56
• 4.10 本章小結(jié)56-58
• 第五章 MCU測試與驗證58-118
• 5.1 指令集的驗證概述58-60
• 5.2 內(nèi)核驗證60-100
• 5.2.1 內(nèi)核測試概述60
• 5.2.2 指令針對性仿真測試60-72
• 5.2.3 指令在特殊情況下執(zhí)行正確性72-85
• 5.2.4 C程序仿真驗證85-94
• 5.2.5 隨機仿真驗證94-100
• 5.3 中斷驗證100-110
• 5.3.1 定時器中斷檢測101-105
• 5.3.2 外部中斷源檢測105-110
• 5.4 定時器計數(shù)器模塊測試110-115
• 5.4.1 PWM功能檢測110-112
• 5.4.2 BUZZER和定時器自動裝載功能檢測112-115
• 5.5 本章小結(jié)115-118
• 第六章 總結(jié)118-120
• 參考文獻120-122
• 致謝122-124
• 作者簡介124-125

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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本文編號：693935