控制處理芯片的指令集控制與寄存器管理技術(shù)設(shè)計研究.pdf

1、指令集控制和寄存器管理技術(shù)是實現(xiàn)高性能控制處理芯片設(shè)計的重要技術(shù)。本課題的研究目的是：深入研究指令集控制與寄存器管理技術(shù)，并把理論研究應(yīng)用于自主研究設(shè)計的8位MCU芯片的指令流水和寄存器配置管理設(shè)計。最終，仿真驗證所設(shè)計電路功能與時序的正確性，目標是做出芯片產(chǎn)品。
　　本文先從指令集控制技術(shù)開始。首先，深入研究兩種基本指令集架構(gòu)CISC與RISC，并對比分析目前三種典型的RISC架構(gòu)，如ARM、MIPS和PIC。從而掌握如何把指令

2、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計與芯片系統(tǒng)設(shè)計有效結(jié)合。其次，對能夠?qū)崿F(xiàn)控制處理芯片高性能設(shè)計的指令流水技術(shù)進行分析研究。從如何設(shè)計流水深度、流水分段及流水的相關(guān)性問題三個方面，進行分析研究，把握流水設(shè)計的關(guān)鍵問題及實現(xiàn)技術(shù)。
　　對于寄存器管理技術(shù)，首先，研究在控制處理芯片中如何進行寄存器的合理配置。其次，對基于編譯的寄存器優(yōu)化和寄存器窗口，這兩種優(yōu)化管理技術(shù)的原理及結(jié)構(gòu)進行研究，掌握它們的設(shè)計及應(yīng)用特點。
　　基于以上的理論研究，把指令集控

3、制與寄存器管理技術(shù)有效結(jié)合，應(yīng)用于自主研發(fā)的8位MCU芯片設(shè)計。
　　首先，本設(shè)計選擇 PIC中檔指令集，指令的處理采用非完全指令流水設(shè)計，并解決流水設(shè)計中的相關(guān)性問題。對指令流水的關(guān)鍵電路：程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、譯碼電路ID、ALU電路等模塊進行具體電路設(shè)計仿真。其次，合理配置系統(tǒng)寄存器，設(shè)計寄存器電路。借鑒寄存器窗口思想，對寄存器進行分區(qū)優(yōu)化管理設(shè)計。最后，在 MPLAB IDE v7.20中編寫仿真程序；在 Cad