基于FPGA的8位RISC MCU研究與設(shè)計(jì).pdf

1、微控制器(MCU)是許多數(shù)字系統(tǒng)的核心部件，其控制復(fù)雜，對(duì)魯棒性、面積、功耗、運(yùn)算速度、功能等方面都有很高的要求，設(shè)計(jì)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能MCU一直是集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的課題。本文的研究正是對(duì)此做一次有益的嘗試和實(shí)踐。在深入細(xì)致地研究了Atmel公司的AT90S1200系列微控制器的指令系統(tǒng)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，深入理解了微控制器的工作作原理和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，確定微控制器的總體結(jié)構(gòu)，以及各層次模塊的功能和結(jié)構(gòu)。 討論了R

2、ISC和CISC各自的特點(diǎn)及的設(shè)計(jì)差別；討論了指令集的制定，指令流水線的概念及設(shè)計(jì)方法，以及由于引入流水線而引起的數(shù)據(jù)沖突和解決辦法；MCU整體架構(gòu)的分析，用FPGA進(jìn)行時(shí)序電路的設(shè)計(jì)方法等技術(shù)。 本文做的工作包括：采用硬件描述語(yǔ)言VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)了微處理器數(shù)據(jù)通路，控制單元的設(shè)計(jì)，并對(duì)該微處理器進(jìn)行了軟件功能測(cè)試和正確性驗(yàn)證。 數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)包括：PC模塊、IR模塊、通用寄存器模塊、狀態(tài)寄存器模塊、ALU模塊、取指單元

3、模塊、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊、I/O單元模塊及外部中斷模塊等電路模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；同時(shí)還研究了控制單元的實(shí)現(xiàn)方法和有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)的方法。 驗(yàn)證部分是將MCU作為一個(gè)整體處理單元在處理混合指令和一定的應(yīng)用功能時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的綜合性能做的軟件仿真測(cè)試。這種測(cè)試沒(méi)有對(duì)所有的指令進(jìn)行全面的測(cè)試，但對(duì)三個(gè)I/O的測(cè)試采用不同的測(cè)試方法達(dá)到相同的效果，測(cè)試了用不同的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)相同功能的MCU的指令的靈活性。因此這些指令組合成一起的程序段對(duì)MCU的