基于ARM指令架构的微控制器系统设计与功能验证

发布时间：2017-08-09 20:27

  本文关键词：基于ARM指令架构的微控制器系统设计与功能验证

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【摘要】：随着时代的迅速发展,人们对电子产品的需求也日益增长,其中一个领域就是智能设备。智能设备的工作多由内嵌其中的微控制器作为主要依托。因此,微控制器的好坏往往对该类设备的性能起着关键性的作用。所以,对于微控制器的研究和设计,是有重要意义的。本文主要是基于现有IP(Intellectual Property)核和成熟的微控制器架构,完成了一款微控制器系统的设计。该微控制器系统应用于某款在研的用于通信的So C(System on Chip)芯片中。本系统的设计使用优秀的硬件描述语言Verilog,并利用自顶向底的模块化的设计理念实现。该微控制器系统的内核基于ARMv4指令架构实现,在原核的取指、译码和执行的三级的基础上,增加了访存和回写,共五级流水结构。同时增加了对指令和数据的缓存功能。外围设备包括用于实现串行通信的I2C(Inter-Integrated Circuit)主控制器和通用异步收发传输器,用于实现中断的定时器,用于管理中断信号的中断控制器和用于接口扩展的通用输入输出。功能验证部分,通过采用高级验证语言System Verilog和优秀的UVM(Universal Verification Methodology)验证方法学,结合现有VIP(Verification Intellectual Property)核共同搭建验证平台。此平台的优势包括验证工作的相对自动化、激励的约束随机化以及更好的复用性。
【关键词】：MCU ARM 功能验证 UVM SoC
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332.3
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 背景及意义8-9
• 1.2 研究现状9-14
• 1.2.1 片上系统SoC9-12
• 1.2.2 微控制器12-14
• 1.2.3 功能验证14
• 1.3 论文的主要内容和安排14-16
• 第二章 微控制器系统整体的设计16-25
• 2.1 微控制器系统的整体结构16-17
• 2.2 微控制器内核17-22
• 2.2.1 流水线技术简介及在微控制器中的应用17-19
• 2.2.2 ARM指令集19-20
• 2.2.3 ARMv4 指令集简介20-22
• 2.3 微控制器的外设22-23
• 2.4 微控制器的总线选择23-24
• 2.4.1 Wishbone总线控制器与仲裁器的设计24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 微控制器内核的设计25-33
• 3.1 ARMv4 指令集分析25-27
• 3.2 五级流水模块设计27-32
• 3.2.1 取指级模块27-28
• 3.2.2 译码级模块28-29
• 3.2.3 执行级模块29-31
• 3.2.4 访存级模块31
• 3.2.5 回写级模块31-32
• 3.3 协处理器32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 微控制器外围设备的设计33-46
• 4.1 I~2C主控制器的设计33-39
• 4.1.1 I~2C总线系统基本结构与原理33-34
• 4.1.2 I~2C总线接口的内部结构34-35
• 4.1.3 I~2C的具体时序过程与特点35-36
• 4.1.4 I~2C控制器的详细设计36-39
• 4.2 通用异步收发传输器设计39-44
• 4.2.1 UART基本原理40-41
• 4.2.2 UART的具体设计41-44
• 4.3 通用输入/输出接口44
• 4.4 定时器44-45
• 4.5 中断控制器的设计45
• 4.6 本章小结45-46
• 第五章 基于UVM的验证平台的搭建46-51
• 5.1 验证流程46-47
• 5.2 验证策略47-48
• 5.3 验证平台48-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第六章 微控制器系统的仿真和验证51-58
• 6.1 对内核的测试51-55
• 6.1.1 直接测试51-54
• 6.1.2 随机测试54-55
• 6.2 对UART的测试55-56
• 6.3 对I2C主控制器的测试56-57
• 6.4 其它测试57
• 6.5 本章小结57-58
• 第七章 总结与展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 附录A64-70
• 附录B70-71
• 附录C71-76
• 附录D76-78

【参考文献】

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本文编号：647167