一种8位MCU设计

发布时间：2017-08-18 09:58

  本文关键词：一种8位MCU设计

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【摘要】：目前8位RISC内核的MCU在工业控制领域应用非常的广泛。同时MCU也在向着低功耗、高速度和低成本等方向发展,满足各种应用需求。本文重点设计一款8位的RISC指令集的MCU。整个MCU包括内核与外设两部分。内核可以支持59条指令的逻辑功能,外设部分主要由两个定时器系统和五个中断源的中断裁决系统组成。在微处理器设计方面,借鉴了CISC的部分设计思路,实现了指令集中部分双周期RISC指令的设计。本设计分为两级流水线,包含取指令和指令的执行两部分。指令的执行由指令译码、取操作数、ALU执行和数据写回四个部分组成。ALU模块的设计借用了SN74181的设计思想,使得整个电路的速度和面积都得到了优化。提出既可读写又同时参与每条指令执行的特殊寄存器PC和PFLAG的独特设计思路。本文也搭建了系统的MCU验证平台。首先对每条指令所有可能执行的情况进行了详细的分析并验证该情况下指令执行的正确性。然后为了检测指令组合运行可能存在的冲突问题,提供了6组C程序验证。每组C程序的覆盖率都达到85%以上。根据指令的操作码特点和整个寻址空间的大小,设计了随机验证平台,随机产生三组验证代码,每组的覆盖率都在90%以上。随机验证的正确性根据MODELSIM平台和硬件仿真器平台执行结果的对比来判断。为了检测设计的可综合性以及时序性,部分程序选择在SPARTAN-3E型号的FPGA平台上验证,该型号FPGA自带50M的时钟。经过大量的各种类型的验证最后得到一款运行可靠的MCU。
【关键词】：单片机 MCU 流水线 FPGA RISC
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP368.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 课题研究背景16
• 1.2 国内外研究现状与趋势16-17
• 1.3 内容主要结构和章节结构17-20
• 第二章 MCU的总体结构和特点20-30
• 2.1 MCU的基本结构20-21
• 2.2 内核技术分析21-28
• 2.2.1 内核组成结构和工作原理22-23
• 2.2.2 存储器结构23-26
• 2.2.3 中断系统26-27
• 2.2.4 RISC指令集优势27
• 2.2.5 两级流水27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第三章 指令集分析30-40
• 3.1 指令集分析作用与思路30
• 3.2 程序计数器操作类别30-33
• 3.3 根据寻址方式进行划分33
• 3.4 根据使用ALU进行划分33-36
• 3.5 指令类别36-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第四章 RISC结构单片机模块设计40-58
• 4.1 系统模块划分40
• 4.2 信号发生器模块40-41
• 4.3 取指令模块设计41-43
• 4.4 ALU模块设计43-47
• 4.5 译码器控制器设计47-49
• 4.6 寄存器组外围电路模块49-51
• 4.7 中断模块设计51-52
• 4.8 定时计数器模块设计52-54
• 4.9 端口模块设计54-56
• 4.10 本章小结56-58
• 第五章 MCU测试与验证58-118
• 5.1 指令集的验证概述58-60
• 5.2 内核验证60-100
• 5.2.1 内核测试概述60
• 5.2.2 指令针对性仿真测试60-72
• 5.2.3 指令在特殊情况下执行正确性72-85
• 5.2.4 C程序仿真验证85-94
• 5.2.5 随机仿真验证94-100
• 5.3 中断验证100-110
• 5.3.1 定时器中断检测101-105
• 5.3.2 外部中断源检测105-110
• 5.4 定时器计数器模块测试110-115
• 5.4.1 PWM功能检测110-112
• 5.4.2 BUZZER和定时器自动装载功能检测112-115
• 5.5 本章小结115-118
• 第六章 总结118-120
• 参考文献120-122
• 致谢122-124
• 作者简介124-125

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 刘智伟;何文涛;徐建华;;基于Cortex-M3内核的导航基带处理器的功能验证[J];电子测试;2014年06期

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3 杨淑英;;单片机应用的广阔前景[J];价值工程;2010年21期

4 黄永勤;朱英;巨鹏锦;吴志勇;陈诚;;“申威-1号”高性能微处理器的功能验证[J];软件学报;2009年04期

5 虞致国;魏敬和;;一种嵌入式CPU功能验证平台的设计[J];电子器件;2009年01期

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本文编号：693935