一款8位RISC MCU的设计
发布时间：2023-03-06 20:05
综合考虑8位MCU的发展前景和RISC体系结构的特点,充分利用EDA工具的强大功能,本论文课题采用自顶向下的设计方法,独立开发出一款具有自主知识产权、性价比较高的8位RISC MCU,并且将其CPU部分开发成可综合的软核,并且根据用户需要还可以对外围电路进行不同的配置。 本论文所设计的一款8位RISC体系结构的MCU,其主要特点是:采用哈佛体系结构;指令长度为固定的13位,一共有54条指令,绝大部分指令为单周期指令,有利于简化编程,以及节省芯片面积,硬件实现;在设计中采用两级流水线;集成了32×8bit的SRAM和1k×13bit的ROM;具有休眠唤醒功能;具有看门狗复位功能;有多个可编程使用的I/O端口。 本论文对整个MCU芯片的体系结构设计、指令集设计和各个主要模块设计进行了详细的论述。论文实现了系统的Verilog HDL描述,经FPGA验证,整个系统工作正常,工作频率可以达到72MHz。最后基于CSMC 0.5um工艺完成了整个芯片的逻辑综合、布局布线、版图设计和验证,芯片后仿真时工作频率可以达到65MHz。
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 RISC体系结构的发展和特点
1.2 8 位MCU的现状和发展前景
1.3 论文课题的意义
1.4 论文课题的主要研究工作
1.5 论文课题的设计流程
1.6 论文课题的研究成果
1.7 论文课题的主要内容
第二章 MCU体系结构的设计
2.1 MCU系统结构
2.2 流水线的设计
2.3 时序设计
2.4 中断系统
2.5 数据存储系统
2.6 工作寄存器
2.6.1 间接寻址寄存器（IAR/R0）
2.6.2 计数／定时寄存器（TCC/R1）
2.6.3 程序指针寄存器（PC/R2）
2.6.4 状态标志寄存器（SR/R3）
2.6.5 RAM选择寄存器（RSR/R4）
2.6.6 PORT5 寄存器(R5)
2.6.7 PORT6 寄存器(R6)
2.6.8 中断状态寄存器(RF)
2.7 特殊功能寄存器
2.7.1 累加器（ACC）
2.7.2 控制寄存器（IOC1）
2.7.3 PORT5 控制寄存器（IOC5）
2.7.4 PORT6 控制寄存器（IOC6）
2.7.5 下拉控制寄存器(IOCB)
2.7.6 漏极开路控制寄存器（IOCC）
2.7.7 上拉控制寄存器（IOCD）
2.7.8 WDT控制寄存器（IOCE）
2.7.9 中断屏蔽寄存器（IOCF）
2.8 I/O输入输出单元
2.9 振荡器
第三章 MCU的指令系统
3.1 MCU指令概述
3.1.1 控制类指令
3.1.2 逻辑运算类指令
3.1.3 位操作类指令
3.1.4 数据传输类指令
3.1.5 特殊功能类指令
3.2 MCU的寻址方式
3.2.1 立即数寻址方式
3.2.2 直接寻址方式
3.2.3 间接寻址方式
3.2.4 位寻址方式
3.2.5 隐含寻址方式
3.3 MCU的指令说明
第四章 MCU主要模块的设计
4.1 ALU模块的设计
4.1.1 数的表示
4.1.2 标志位
4.1.3 超前进位加法器
4.1.4 ALU模块的实现
4.2 PC指针模块的设计
4.2.1 下一条指令地址的实现
4.2.2 从ROM中读取指令
4.3 控制机模块的设计
4.3.1 时钟产生的模块
4.3.2 指令寄存模块的设计
4.3.3 译码模块的设计
4.3.4 中断控制模块的设计
4.4 休眠/唤醒模块的设计
4.5 复位模块的设计
4.6 定时计数器/看门狗模块
4.7 I/O端口模块的设计
4.8 数据存储模块的设计
第五章 MCU的验证和实现
5.1 MCU的验证方法
5.2 MCU数字部分的RTL代码实现
5.2.1 通用的代码风格
5.2.2 可综合的代码风格
5.2.3 MCU数字部分的RTL代码实现
5.3 编译器的设计
5.4 系统的FPGA验证
5.5 后端设计
5.5.1 逻辑综合
5.5.2 版图设计
第六章 结束语
致谢
参考文献
在学期间研究成果
本文编号：3757297
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 RISC体系结构的发展和特点
1.2 8 位MCU的现状和发展前景
1.3 论文课题的意义
1.4 论文课题的主要研究工作
1.5 论文课题的设计流程
1.6 论文课题的研究成果
1.7 论文课题的主要内容
第二章 MCU体系结构的设计
2.1 MCU系统结构
2.2 流水线的设计
2.3 时序设计
2.4 中断系统
2.5 数据存储系统
2.6 工作寄存器
2.6.1 间接寻址寄存器（IAR/R0）
2.6.2 计数／定时寄存器（TCC/R1）
2.6.3 程序指针寄存器（PC/R2）
2.6.4 状态标志寄存器（SR/R3）
2.6.5 RAM选择寄存器（RSR/R4）
2.6.6 PORT5 寄存器(R5)
2.6.7 PORT6 寄存器(R6)
2.6.8 中断状态寄存器(RF)
2.7 特殊功能寄存器
2.7.1 累加器（ACC）
2.7.2 控制寄存器（IOC1）
2.7.3 PORT5 控制寄存器（IOC5）
2.7.4 PORT6 控制寄存器（IOC6）
2.7.5 下拉控制寄存器(IOCB)
2.7.6 漏极开路控制寄存器（IOCC）
2.7.7 上拉控制寄存器（IOCD）
2.7.8 WDT控制寄存器（IOCE）
2.7.9 中断屏蔽寄存器（IOCF）
2.8 I/O输入输出单元
2.9 振荡器
第三章 MCU的指令系统
3.1 MCU指令概述
3.1.1 控制类指令
3.1.2 逻辑运算类指令
3.1.3 位操作类指令
3.1.4 数据传输类指令
3.1.5 特殊功能类指令
3.2 MCU的寻址方式
3.2.1 立即数寻址方式
3.2.2 直接寻址方式
3.2.3 间接寻址方式
3.2.4 位寻址方式
3.2.5 隐含寻址方式
3.3 MCU的指令说明
第四章 MCU主要模块的设计
4.1 ALU模块的设计
4.1.1 数的表示
4.1.2 标志位
4.1.3 超前进位加法器
4.1.4 ALU模块的实现
4.2 PC指针模块的设计
4.2.1 下一条指令地址的实现
4.2.2 从ROM中读取指令
4.3 控制机模块的设计
4.3.1 时钟产生的模块
4.3.2 指令寄存模块的设计
4.3.3 译码模块的设计
4.3.4 中断控制模块的设计
4.4 休眠/唤醒模块的设计
4.5 复位模块的设计
4.6 定时计数器/看门狗模块
4.7 I/O端口模块的设计
4.8 数据存储模块的设计
第五章 MCU的验证和实现
5.1 MCU的验证方法
5.2 MCU数字部分的RTL代码实现
5.2.1 通用的代码风格
5.2.2 可综合的代码风格
5.2.3 MCU数字部分的RTL代码实现
5.3 编译器的设计
5.4 系统的FPGA验证
5.5 后端设计
5.5.1 逻辑综合
5.5.2 版图设计
第六章 结束语
致谢
参考文献
在学期间研究成果
本文编号：3757297
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3757297.html
