本文關(guān)鍵詞：一種8位MCU設(shè)計(jì)

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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(shí)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(diǎn)設(shè)計(jì)一款8位的RISC指令集的MCU。整個(gè)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(gè)定時(shí)器系統(tǒng)和五個(gè)中斷源的中斷裁決系統(tǒng)組成。在微處理器設(shè)計(jì)方面,借鑒了CISC的部分設(shè)計(jì)思路,實(shí)現(xiàn)了指令集中部分雙周期RISC指令的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)分為兩級(jí)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(gè)部分組成。ALU模塊的設(shè)計(jì)借用了SN74181的設(shè)計(jì)思想,使得整個(gè)電路的速度和面積都得到了優(yōu)化。提出既可讀寫又同時(shí)參與每條指令執(zhí)行的特殊寄存器PC和PFLAG的獨(dú)特設(shè)計(jì)思路。本文也搭建了系統(tǒng)的MCU驗(yàn)證平臺(tái)。首先對(duì)每條指令所有可能執(zhí)行的情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析并驗(yàn)證該情況下指令執(zhí)行的正確性。然后為了檢測(cè)指令組合運(yùn)行可能存在的沖突問題,提供了6組C程序驗(yàn)證。每組C程序的覆蓋率都達(dá)到85%以上。根據(jù)指令的操作碼特點(diǎn)和整個(gè)尋址空間的大小,設(shè)計(jì)了隨機(jī)驗(yàn)證平臺(tái),隨機(jī)產(chǎn)生三組驗(yàn)證代碼,每組的覆蓋率都在90%以上。隨機(jī)驗(yàn)證的正確性根據(jù)MODELSIM平臺(tái)和硬件仿真器平臺(tái)執(zhí)行結(jié)果的對(duì)比來判斷。為了檢測(cè)設(shè)計(jì)的可綜合性以及時(shí)序性,部分程序選擇在SPARTAN-3E型號(hào)的FPGA平臺(tái)上驗(yàn)證,該型號(hào)FPGA自帶50M的時(shí)鐘。經(jīng)過大量的各種類型的驗(yàn)證最后得到一款運(yùn)行可靠的MCU。
【關(guān)鍵詞】：單片機(jī) MCU 流水線 FPGA RISC
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP368.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 縮略語對(duì)照表13-16
• 第一章 緒論16-20
• 1.1 課題研究背景16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)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(diǎn)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(chǔ)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(shì)27
• 2.2.5 兩級(jí)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(jì)數(shù)器操作類別30-33
• 3.3 根據(jù)尋址方式進(jìn)行劃分33
• 3.4 根據(jù)使用ALU進(jìn)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(jī)模塊設(shè)計(jì)40-58
• 4.1 系統(tǒng)模塊劃分40
• 4.2 信號(hào)發(fā)生器模塊40-41
• 4.3 取指令模塊設(shè)計(jì)41-43
• 4.4 ALU模塊設(shè)計(jì)43-47
• 4.5 譯碼器控制器設(shè)計(jì)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(jì)51-52
• 4.8 定時(shí)計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)52-54
• 4.9 端口模塊設(shè)計(jì)54-56
• 4.10 本章小結(jié)56-58
• 第五章 MCU測(cè)試與驗(yàn)證58-118
• 5.1 指令集的驗(yàn)證概述58-60
• 5.2 內(nèi)核驗(yàn)證60-100
• 5.2.1 內(nèi)核測(cè)試概述60
• 5.2.2 指令針對(duì)性仿真測(cè)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(yàn)證85-94
• 5.2.5 隨機(jī)仿真驗(yàn)證94-100
• 5.3 中斷驗(yàn)證100-110
• 5.3.1 定時(shí)器中斷檢測(cè)101-105
• 5.3.2 外部中斷源檢測(cè)105-110
• 5.4 定時(shí)器計(jì)數(shù)器模塊測(cè)試110-115
• 5.4.1 PWM功能檢測(cè)110-112
• 5.4.2 BUZZER和定時(shí)器自動(dòng)裝載功能檢測(cè)112-115
• 5.5 本章小結(jié)115-118
• 第六章 總結(jié)118-120
• 參考文獻(xiàn)120-122
• 致謝122-124
• 作者簡(jiǎn)介124-125

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 劉智偉;何文濤;徐建華;;基于Cortex-M3內(nèi)核的導(dǎo)航基帶處理器的功能驗(yàn)證[J];電子測(cè)試;2014年06期

2 吳巖;;單片機(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)研究[J];黑龍江科技信息;2011年09期

3 楊淑英;;單片機(jī)應(yīng)用的廣闊前景[J];價(jià)值工程;2010年21期

4 黃永勤;朱英;巨鵬錦;吳志勇;陳誠(chéng);;“申威-1號(hào)”高性能微處理器的功能驗(yàn)證[J];軟件學(xué)報(bào);2009年04期

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6 陳智勇;;流水線微處理器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2007年03期

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本文編號(hào)：693935