基于EM78指令系统的MCU核的设计研究

发布时间：2020-04-23 15:59

【摘要】： 现代电子技术的飞速发展使得SOC(system-on-chip)成为IC(Integrated Circuit)设计的必然趋势和主流。IP(IntellectualProperty)核复用技术由于能大大提高SOC开发效率并降低设计成本逐渐成为一种主流的设计方法。而八位微处理器己经成为IP库中的重要成员,其嵌入式结构正是SOC的一种重要实现技术和方法。本论文致力于一款与台湾义隆公司的EM78系列单片机指令系统兼容的MCU(Micro Controller Unit)核的设计,为将来开发具有特殊用途的集成电路以及实现系统集成奠定坚实的基础。 本论文首先从正向设计的角度,对EM78微控制器中的CPU(CentralProcessing Unit)单元建立了一个Verilog硬件语言描述的IP模型。该模型的主要特点是采用哈佛体系结构和指令流水线操作。采用RISC(ReducedInstruction Set Computing)结构的精简指令集,其指令长度为固定13位,一共57条指令,绝大部分为单周期指令,在设计中采用2级流水。这个IP模型主要由算逻运算模块、PC指针模块、时钟产生模块、译码模块、取数、回写和存储器等8大模块组成。论文中详细介绍了各个子模块的设计和仿真验证。在完成子模块的设计后,对整个设计的模型进行了功能仿真,仿真结果正确符合设计初衷。 但是由于整个正向设计采用了简化的措施,相比于实际的电路还存在较大的差距。为了尽快完成整个MCU核的开发,赶上国际先进水平,需要借鉴和吸收国外成功的设计经验,否则芯片的面积和性能很难做到最优,因此我们决定通过正向和逆向结合的方法来设计该微控制器。所以又从逆向设计的角度,深入研究了EM78微控制器芯片中处理器的电路结构的实现;对从版图中提取的电路进行了按模块划分的详细分析,并最后综合起来进行了FPGA的验证,我们通过一些应用程序验证了电路的正确性。
【图文】：

(4)R一 OPTION功能开/关。(5)WDT开/关6以EM78系列的明78P156为例，它的结构框图如图3一1所示，，EM78系列的其他的单片机结构类似，不同的是工/0口资源，堆栈级数、ROM的容量等的不同。伽伽‘山.了如匆 匆 (((e欲沈二 二 惫惫惫 民民妙二二想想想 111仪万 万 犯犯 犯 SSSta比 比从从 (((工工O侧 侧 助助 助 砂亏弓言套写言忍二l:三45，’图3一 1EM78P156结构框图 3.2EM78主要功能特点·采用8位数据总线和13位指令总线独立分离的Harvard结构设计。·采用RISC指令集，共有57条单字节指令，其中99%为单周期指令(对程序计数器PC指针进行写操作除外)。·1K~4KX13的程序存贮器(有OTP和掩膜二个版本)。·48个通用数据寄存器可直接寻址使用。·14个特殊功能寄存器。

4.4主要模块的设计4.4.1顶层模块主要是按照CPU的工作流程来划分模块，如图4一3所示。本文所设计的RISC一PU的基本部件的逻辑并不复杂。分为8个模块来考虑:1时钟产生模块此模块主要用来通过外部时钟产生流水线所需要的四相时钟，送往其他部件用作时钟信号。 2pC指针模块PC指针模块用来产生指向ROM的地址。根据上一条指令的执行结果，产生下一条指令的地址。3译码模块
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP332

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本文编号：2637904