基于ARMv4指令集的32位RISC微控制器的設計與實現(xiàn).pdf

1、嵌入式系統(tǒng)在很多領域有著廣泛的應用，包括個人消費、通信、工業(yè)控制以及軍事等。嵌入式系統(tǒng)的核心是微控制器，其性能直接影響到整個系統(tǒng)的性能。本文基于開源IP核設計并實現(xiàn)了一款具備基本功能的微控制器，該微控制器用于一款小型射頻SOC芯片。該微控制器的核心是一個基于ARMv4指令集微處理器內(nèi)核，外圍設備包括SPI控制器、通用串口、定時器、通用IO接口和外部中斷以及中斷控制器。
　　 本文設計的微處理器是在一款基于ARMv2a指令集架構的

2、開源IP核的基礎上，進行深度修改得到。ARM作為目前RISC(ReducedInstructionSetComputer)，即精簡指令集計算機的代表，在嵌入式領域有著廣泛的應用，本文選擇ARM指令集有著深遠意義。本文設計的微處理器內(nèi)核兼容ARMv4指令集48條指令中的43條，5條協(xié)處理器指令除外。該微處理器內(nèi)核擁有三級流水線結(jié)構和Wishbone系統(tǒng)總線，而且能夠很好的兼容現(xiàn)有編譯器，方便應用調(diào)試。
　　 外圍設備也是微控制器的

3、重要組成部分，微處理器影響著微控制器的性能，而外圍設備則關系到整個微控制器功能的豐富性。本文設計的微控制器包括了五個外圍設備，其中SPI控制器和通用串口是參考現(xiàn)有案例自主重點設計，定時器、通用IO接口及外部中斷和中斷控制器只具備簡單功能，為滿足射頻SOC基本需求而設置。SPI控制器符合SPI通信協(xié)議標準;通用串口具有最基本的數(shù)據(jù)幀結(jié)構，即1位起始位、8位寬的數(shù)據(jù)位、沒有校驗位，停止位位2位。所有外設都基于Wishbone系統(tǒng)總線從設備而

4、設計，不僅應用于本文的微控制器，還可以應用于其他任何基于Wishbone系統(tǒng)總線的設計。
　　 仿真驗證是數(shù)字系統(tǒng)設計的重要流程，包括功能仿真和布局布線后的仿真。本文設計的微控制器從整體到各個功能模塊都進行了完整的仿真，功能仿真所使用的仿真工具是Modelsim6.5f版本;由于沒有目標工藝庫，因此布局布線后的仿真是針對Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA進行的。通過最后微控制器在FPGA上的測試，證明整個設計實現(xiàn)了完