基于RISC结构的微控制器分析与设计
发布时间：2021-10-12 21:32
微控制器（MCU）出现近40年来,在消费电子,汽车电子和工业应用等领域得到了广泛的应用,随着集成电路系统进入片上系统（SOC）时代,MCU不但可以作为单个芯片应用于嵌入式系统中,也可以作为IP核集成进超大规模集成电路系统中,在国内市场上,国外MCU产品大行其道,面对如此广阔的市场,国内企业由于起步晚,技术薄弱等原因,所占市场份额较少,因此开发一款具有自主知识产权的MCU就显得相当重要,虽然应用场合多种多样,单靠一种产品已经无法满足变化万千的市场需求,但是MCU的发展呈现出单一化和集成化的发展趋势,无论MCU产品的应用场合如何变化,MCU核心模块的发展具有一定的稳定性,只要确定了MCU的体系结构,开发出基本组成模块,后续的应用开发只要在此基础上进行相应的裁剪即可。本文在仔细分析了Microchip公司的PIC系列产品中的PIC16C6X系列微控制器后,提出了采用数据总线和指令总线相分离的哈佛双总线结构,采用两级流水线结构,在原有的时序基础上,采用改进的单时钟周期时序,提高了电路的时钟频率,加快了MCU系统的运行速度,在指令的译码和运算模块采用硬逻辑增快了电路的速度,为了提高MCU的市场适...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MCU系统结构图
图 3-2 流水线示意图Fig3-2 Schematic of Pipeline本文设计的 MCU 处理字长只有 8 位，指令集数目少，简单并且规则，非常利水线的实现，若采用多于两级的流水线结果，在性能上并不能提高多少，反而计上会增加很多难度，比如数据相关，硬件相关等问题就会涌现出来，在这里级流水线既利用了流水线的优点，同时也避免了因为流水线过于复杂而引起的和软件开发复杂度的增加[17]。 指令系统分析一种单片机所能识别的全部指令的集合，称为该单片机的指令系统。基于不同 内核的单片机，一般具有不同的指令系统[18]。指令系统中的每一条指令都完成功能的简单操作。将若干条实现简单操作的指令语句，按照一定的规则排列组，就构成了一个可以完成复杂功能的程序，通过基于单片机指令系统的变成就复杂的控制任务。为了便于单片机的开发使用和升级，本文采用了 PIC16C6X统，这是因为 PIC16C6X 位于 8 位中档的 PIC 单片机，在市场上有广泛的应用他厂商的单片机都有专门的转换程序可用来实现不同单片机上的控制程序的移
第四章 主要模块电路设计钟产生电路模块信号是程序在电路上能够有序执行的基准，合适的时钟信号是系统有效运。时钟信号的数目由系统的架构设计决定，先分析一下 PIC16CX 系列微执行大致分为四个步骤：取指令；指令寄存；指令译码；指令执行。为了统的 CPI 提高程序的执行速度，在系统中实现了两级流水线的设计，将外时钟信号进行四分频，划分为四个节拍，每一节拍为一个输入时钟周期，工作在外部晶振输入时钟频率的 1/4 的频率下。这样一条指令的执行也就需期，八个节拍，平均下来一条指令的执行只需要一个周期。信号的分频通常有两种设计方法，第一种是采用计数器来实现，第二种是机来实现，有限状态机实现比较简单方便，而且相对使用的资源要比计数因此本设计中采用 4 状态摩尔状态机实现，状态转移图如图 4-1 所示，电考参考资料中的源代码[21]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基4BOOTH编码的高速32×32乘法器的设计与实现[J]. 周婉婷,李磊. 电子科技大学学报. 2008(S1)
[2]基于改进的BOOTH编码的高速32×32位并行乘法器设计[J]. 刘强,王荣生. 计算机工程. 2005(06)
[3]一种基于RISC结构单片机的数字乘法器的设计[J]. 吴静,李树荣,姚素英,赵毅强,张生才. 微电子学. 2004(05)
[4]一种并行乘法器的设计与实现[J]. 王新刚,樊晓桠,李瑛,齐斌. 计算机应用研究. 2004(07)
[5]一种新的树型乘法器的设计[J]. 许琪,原巍,沈绪榜. 西安电子科技大学学报. 2002(05)
本文编号：3433336
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MCU系统结构图
图 3-2 流水线示意图Fig3-2 Schematic of Pipeline本文设计的 MCU 处理字长只有 8 位，指令集数目少，简单并且规则，非常利水线的实现，若采用多于两级的流水线结果，在性能上并不能提高多少，反而计上会增加很多难度，比如数据相关，硬件相关等问题就会涌现出来，在这里级流水线既利用了流水线的优点，同时也避免了因为流水线过于复杂而引起的和软件开发复杂度的增加[17]。 指令系统分析一种单片机所能识别的全部指令的集合，称为该单片机的指令系统。基于不同 内核的单片机，一般具有不同的指令系统[18]。指令系统中的每一条指令都完成功能的简单操作。将若干条实现简单操作的指令语句，按照一定的规则排列组，就构成了一个可以完成复杂功能的程序，通过基于单片机指令系统的变成就复杂的控制任务。为了便于单片机的开发使用和升级，本文采用了 PIC16C6X统，这是因为 PIC16C6X 位于 8 位中档的 PIC 单片机，在市场上有广泛的应用他厂商的单片机都有专门的转换程序可用来实现不同单片机上的控制程序的移
第四章 主要模块电路设计钟产生电路模块信号是程序在电路上能够有序执行的基准，合适的时钟信号是系统有效运。时钟信号的数目由系统的架构设计决定，先分析一下 PIC16CX 系列微执行大致分为四个步骤：取指令；指令寄存；指令译码；指令执行。为了统的 CPI 提高程序的执行速度，在系统中实现了两级流水线的设计，将外时钟信号进行四分频，划分为四个节拍，每一节拍为一个输入时钟周期，工作在外部晶振输入时钟频率的 1/4 的频率下。这样一条指令的执行也就需期，八个节拍，平均下来一条指令的执行只需要一个周期。信号的分频通常有两种设计方法，第一种是采用计数器来实现，第二种是机来实现，有限状态机实现比较简单方便，而且相对使用的资源要比计数因此本设计中采用 4 状态摩尔状态机实现，状态转移图如图 4-1 所示，电考参考资料中的源代码[21]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基4BOOTH编码的高速32×32乘法器的设计与实现[J]. 周婉婷,李磊. 电子科技大学学报. 2008(S1)
[2]基于改进的BOOTH编码的高速32×32位并行乘法器设计[J]. 刘强,王荣生. 计算机工程. 2005(06)
[3]一种基于RISC结构单片机的数字乘法器的设计[J]. 吴静,李树荣,姚素英,赵毅强,张生才. 微电子学. 2004(05)
[4]一种并行乘法器的设计与实现[J]. 王新刚,樊晓桠,李瑛,齐斌. 计算机应用研究. 2004(07)
[5]一种新的树型乘法器的设计[J]. 许琪,原巍,沈绪榜. 西安电子科技大学学报. 2002(05)
本文编号：3433336
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