一款兼容MCS-51指令集的8位MCU IP核的研究与设计

发布时间：2018-04-22 06:23

  本文选题：微控制器内核 + 指令译码　； 参考：《西安电子科技大学》2014年硕士论文

【摘要】：MCU（Micro Control Unit）微控制器是微电子与计算机技术交叉研究的产物，自20世纪70年代产生以来在学术界与工业界一直是研究的热点。MCU广泛应用于国防、电器、测控系统、消费类电子产品等。 本文采用top_down的设计方法设计一款MCU芯片，此MCU使用经典的MCS51指令集；MCU总线结构为数据总线和程序总线相分离的哈佛总线；经典的MCS51微控制器执行一条指令至少占用12个时钟周期，，针对指令执行过程冗长的缺点，本文优化了MCU指令的执行过程，设计的指令译码模块译码速度快，执行一条指令最高占用4个时钟周期，比经典的MCS51微控制器的执行效率提高了6倍以上。本文用结构化的Verilog语言描述MCU的译码模块、算术逻辑运算模块等，因此结构清晰，易于扩展。经过验证可以作为嵌入式系统内核。 本文首先对MCU做了简要地介绍，之后详细分析了MCS51指令集，并根据指令的特点搭建MCU内核的架构，设计了MCU的主要模块，最后对设计的MCU内核做仿真验证，验证结果显示本文所设计的MCU内核完全兼容MCS51指令集，功能正确。
[Abstract]:MCU(Micro Control unit microcontroller is the product of the cross study of microelectronics and computer technology. Since its birth in 1970s, it has been a hotspot in academia and industry. It has been widely used in national defense, electrical appliances, and measurement and control systems. Consumer electronics, etc. In this paper, a MCU chip is designed by using the design method of top_down. This MCU uses the classical MCS51 instruction set top_down bus structure as the Harvard bus which separates the data bus from the program bus. The classical MCS51 microcontroller takes at least 12 clock cycles to execute one instruction. In view of the drawback of long instruction execution, this paper optimizes the execution process of MCU instruction, and the decoding speed of the designed instruction decoding module is fast. A single instruction takes up to four clock cycles, which is more than six times more efficient than the classical MCS51 microcontroller. In this paper, structural Verilog language is used to describe the decoding module and arithmetic logic operation module of MCU, so the structure is clear and easy to be extended. It is proved that it can be used as the kernel of embedded system. In this paper, MCU is introduced briefly, then the MCS51 instruction set is analyzed in detail, the architecture of MCU kernel is built according to the characteristics of the instruction, and the main module of MCU is designed. Finally, the MCU kernel is simulated and verified. The verification results show that the MCU kernel designed in this paper is fully compatible with the MCS51 instruction set, and the function is correct.
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332

【共引文献】

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本文编号：1785996