基于Synopsys的8051单片机IP核的设计

发布时间：2017-10-24 15:08

  本文关键词：基于Synopsys的8051单片机IP核的设计

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【摘要】：芯片设计行业现在面临着功能要求越来越复杂、设计周期越来越短、成本高等前所未有的巨大挑战,基于IP复用的数字IC设计技术能够有效应对这一系列挑战。尽管嵌入式系统开发技术飞速发展,但低端应用市场还是非常需要8位微控制器。Intel公司的MCS-51系列单片机虽是我国应用最广的8位微控制器,但因其资源有限、速度稍慢、功耗较大等因素,已难以满足一些场合的需要。可编程的、可复用的增强型8051单片机IP核随之成为设计主流。 本文首先分析了经典8051单片机的功能、结构和指令系统,确定了8051单片机IP核的总体功能需求,给出了8051单片机指令系统的优化设计方案,规划了8051单片机IP核的总体结构,明确了8051单片机IP核自上而下的总体设计方法与流程。所设计的8051单片机IP核由算术逻辑运算单元模块、控制模块、片内数据存储器模块、定时器/计数器模块、串行端口模块、中断处理模块等组成。然后使用VHDL语言对8051单片机IP核进行了分模块和总体的设计描述。接着,借助ModelSim测试平台对8051单片机IP核进行了各层次的软件仿真,基于Quartus Ⅱ和FPGA对所设计的8051单片机IP核进行了硬件测试。最后,使用Synopsys软件的Design Compiler工具对8051单片机IP核进行了综合优化,直至满足设定的时序和面积约束。 经过软件仿真与硬件测试可知,所设计的8051单片机IP核的指令系统与标准MCS-51系列单片机兼容,功能上与标准MCS-51系列单片机无异,存储空间大于标准MCS-51系列单片机,性能优于标准MCS-51系列单片机,尤其是最高时钟频率和指令执行效率上有了很大改进。因此,本设计具有一定的实际应用价值。
【关键词】：51单片机 IP核 ModelSim FPGA Synopsys 综合优化
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP368.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究动态10-12
• 1.2.1 国外发展及研究动态10-11
• 1.2.2 国内发展及研究动态11-12
• 1.3 论文主要工作12-13
• 第2章 经典8051单片机的指令系统和结构功能13-27
• 2.1 8051单片机的功能特点13-14
• 2.2 8051单片机指令系统14-23
• 2.2.1 指令寻址方式15
• 2.2.2 指令功能分类15-21
• 2.2.3 指令时序21-23
• 2.3 经典8051单片机结构分析23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 8051单片机IP核的总体设计27-32
• 3.1 8051单片机IP核的功能定义与描述27-28
• 3.2 8051单片机指令系统的优化设计28
• 3.3 8051单片机IP核的总体结构设计28-30
• 3.4 8051单片机IP核的总体设计方法与流程30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第4章 8051单片机IP核各模块RTL代码级设计32-49
• 4.1 算术逻辑运算单元模块的RTL代码级设计32-37
• 4.2 控制模块的RTL代码级设计37-39
• 4.3 定时器/数器模块的RTL代码级设计39-41
• 4.4 串行模块的RTL代码级设计41-42
• 4.5 存储器模块的RTL代码级设计42-47
• 4.6 8051单片机IP核的整体设计47-48
• 4.7 本章小结48-49
• 第5章 8051单片机IP核的软件仿真与硬件测试49-55
• 5.1 8051单片机IP核的验证规划与流程49
• 5.2 8051单片机IP核的软件仿真与分析49-51
• 5.3 基于QuartusⅡ和FPGA的8051单片机IP核硬件测试51-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第6章 基于Synopsys的8051单片机IP核的综合优化设计55-67
• 6.1 Synopsys软件概述55
• 6.2 基于DC工具的综合优化方法与流程55-57
• 6.3 8051单片机IP核的综合优化过程57-66
• 6.3.1 综合优化环境的建立57-58
• 6.3.2 设计约束58-63
• 6.3.3 结果分析63-66
• 6.4 本章小结66-67
• 第7章 结论与展望67-69
• 参考文献69-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它科研成果71-72
• 致谢72

【共引文献】

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本文编号：1089283