4位RISC MCU IP软核的设计研究
发布时间：2022-10-05 22:40
本课题的研究目的是开发并设计一款面向家用电器类产品的4位RISC MCU IP软核。在对市场需求的调研对比后,通过对各种家用电器类产品的具体功能、应用特点及硬件需求进行了分析,确定了CPU的架构及常用的外围硬件资源做为本课题的研究基础,以便今后在此设计的基础上衍生出系列化产品。 经过深入细致的研究,本课题设计的MCU最终采用了数据总线和指令总线相互分离的哈佛双总线、以及Microchip公司PIC微控制器的两级流水线体系结构;指令集主要参考了PIC的指令集架构,并结合自身的硬件资源特点进行设计。通过深入分析PIC及其他知名系列单片机系统结构、指令系统和系统时序,把握了微控制器的设计思想,并且在此基础上对精简指令集MCU IP核进行顶层功能和结构的定义与划分;采用自顶向下的数字系统设计方法,建立了一个可行有效的RISC MCU IP核模型;采用IP核重用技术、当前流行的Verilog硬件描述语言和高层次综合方法,对各个模块进行设计描述;并借助多种EDA工具对各个具体功能模块及整个系统进行了仿真,综合和验证。 本系统IP核的设计主要包括CPU基本模块、外围常用基本模块和...
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
论文摘要
ABSTRACT
第一章：绪论
1.1 单片机简介
1.2 本课题的选题目的和意义
1.2.1 本课题的选题背景
1.2.2 课题的选题目的和意义
1.3 论文的研究内容与结构安排
1.3.1 研究内容与方法
1.3.2 论文结构安排
第二章：设计方法与设计流程
2.1 数字系统高层次设计
2.1.1 自顶向下设计方法与设计流程
2.1.2 硬件描述语言
2.1.3 高层次设计技术优点
2.2 MCU IP 核设计流程
第三章：RISC MCU IP 核的结构设计与指令集分析
3.1 微控制器的硬件结构及特点
3.2 微控制器的架构
3.2.1 资源概述
3.2.2 CPU 的时序图和指令周期
3.3 指令系统
3.3.1 指令系统概述
3.3.3 RISC 的定义与特点
3.3.4 RISC 指令集的选取
第四章：MCU IP 核模块电路的设计
4.1 MCU IP 核的基本模块实现
4.1.1 系统时钟产生电路模块（clk_gen）
4.1.2 指令译码器（decode）
4.1.3 数据选择器（data_mux）
4.1.4 算数逻辑运算单元 ALU（aluown）
4.1.5 程序计数器和堆栈（prgm_cntr）
4.1.6 特殊功能寄存器模块
4.1.7 I/O 模块
4.2 定时/计数器与基准定时器
4.2.1 通用定时/计数器（time10）
4.2.2 基准定时器（basetimer）
4.3 看门狗
4.4 音频控制模块
4.5 存储器设计
第五章：MCU 的中断系统设计
5.1 中断源
5.2 中断优先级设计
5.3 中断响应
5.4 PC 和堆栈模块
5.5 中断系统的仿真验证
第六章：MCU IP 核的FPGA 仿真与综合
6.1 仿真和综合概述
6.2 功能仿真
6.3 逻辑综合
6.4 综合后仿真
6.5 布局布线
6.6 时序仿真
6.7 仿真策略及仿真图
6.8 功能评价与仿真体会
6.8.1 功能和性能评价
6.8.2 仿真体会
第七章：总结与展望
参考文献
作者在攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型RISC流水线架构的8位微控制器[J]. 李逍波 ,潘松 ,徐旭. 电子产品世界. 2003(17)
[2]一种采用RISC构架的4位微控制器[J]. 居水荣. 微电子技术. 2003(02)
[3]单片微控制器的功能集成方向(一)[J]. 居水荣,胡庆成,徐冬艳. 微电子技术. 2002(01)
硕士论文
[1]八位RISC微控制器IP核设计[D]. 王京.西北工业大学 2006
[2]四位高速低功耗微控制器芯片的设计研究[D]. 庞科.天津大学 2004
[3]PIC微控制器中RISC处理器体系结构研究及其简化模型的设计[D]. 陈志勇.电子科技大学 2003
本文编号：3686639
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
论文摘要
ABSTRACT
第一章：绪论
1.1 单片机简介
1.2 本课题的选题目的和意义
1.2.1 本课题的选题背景
1.2.2 课题的选题目的和意义
1.3 论文的研究内容与结构安排
1.3.1 研究内容与方法
1.3.2 论文结构安排
第二章：设计方法与设计流程
2.1 数字系统高层次设计
2.1.1 自顶向下设计方法与设计流程
2.1.2 硬件描述语言
2.1.3 高层次设计技术优点
2.2 MCU IP 核设计流程
第三章：RISC MCU IP 核的结构设计与指令集分析
3.1 微控制器的硬件结构及特点
3.2 微控制器的架构
3.2.1 资源概述
3.2.2 CPU 的时序图和指令周期
3.3 指令系统
3.3.1 指令系统概述
3.3.3 RISC 的定义与特点
3.3.4 RISC 指令集的选取
第四章：MCU IP 核模块电路的设计
4.1 MCU IP 核的基本模块实现
4.1.1 系统时钟产生电路模块（clk_gen）
4.1.2 指令译码器（decode）
4.1.3 数据选择器（data_mux）
4.1.4 算数逻辑运算单元 ALU（aluown）
4.1.5 程序计数器和堆栈（prgm_cntr）
4.1.6 特殊功能寄存器模块
4.1.7 I/O 模块
4.2 定时/计数器与基准定时器
4.2.1 通用定时/计数器（time10）
4.2.2 基准定时器（basetimer）
4.3 看门狗
4.4 音频控制模块
4.5 存储器设计
第五章：MCU 的中断系统设计
5.1 中断源
5.2 中断优先级设计
5.3 中断响应
5.4 PC 和堆栈模块
5.5 中断系统的仿真验证
第六章：MCU IP 核的FPGA 仿真与综合
6.1 仿真和综合概述
6.2 功能仿真
6.3 逻辑综合
6.4 综合后仿真
6.5 布局布线
6.6 时序仿真
6.7 仿真策略及仿真图
6.8 功能评价与仿真体会
6.8.1 功能和性能评价
6.8.2 仿真体会
第七章：总结与展望
参考文献
作者在攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型RISC流水线架构的8位微控制器[J]. 李逍波 ,潘松 ,徐旭. 电子产品世界. 2003(17)
[2]一种采用RISC构架的4位微控制器[J]. 居水荣. 微电子技术. 2003(02)
[3]单片微控制器的功能集成方向(一)[J]. 居水荣,胡庆成,徐冬艳. 微电子技术. 2002(01)
硕士论文
[1]八位RISC微控制器IP核设计[D]. 王京.西北工业大学 2006
[2]四位高速低功耗微控制器芯片的设计研究[D]. 庞科.天津大学 2004
[3]PIC微控制器中RISC处理器体系结构研究及其简化模型的设计[D]. 陈志勇.电子科技大学 2003
本文编号：3686639
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