基于risc结构的微控制器ip核设计

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1、西北工业大学硕士学位论文基于RISC结构的微控制器IP核设计姓名：应继宏申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：张盛兵20070301西北工业人学硕士学位论文摘要集成电路的设计进入片上系统((SOC)的设计时代，基于IP(IntellectualProperty)核的设计已成为集成电路(IC)设计发展的必然趋势。开发具有自主知识产权的IP核则更具有广泛的应用前景。它具有很高的通用性和灵活性，可以通过软件编程完成不同特定的功能，可以使用在各种嵌入式微控制系统中。本文在深入细致地分析Microchip技术公司的微控制器(Mcu)PICl6C65的系统结构、指令系统和系统时序，

2、提出了三级不分时流水结构代替PICl6C65的两级分时流水结构，通过改进14位字长指令总线和8位字长数据总线分离的哈佛(HARVARD)结构，使单数据总线为源数据总线和目的数总线的双数据结构，简化了控制结构、加快了数据运算。另外把PICl6C65用两个时钟周期的完成对(SRAM)进行读写操作，在MCU中一个周期完成，避免对同一地址同时进行读写两种操作的可能性。本文采用自项向下的设计方法，利用硬件描述语言VerilogHDL设计完成了精简指令集计算机微控制器(RISCMCU)IP核的设计。用VerilogHDL编写的测试程序，使用EDA工具进行功能仿真、FPGA综合及时序仿真

3、，并在XILINX公司的FPGA器件上进行硬件验证。验证结果表明：所设计的McU能够准确执行所有指令，达到了PICl6C65MCU的基本功能要求，且性能大大提高，加快了指令执行速度和提高了执行效率，时钟频率可达20MHZ以上，指令执行效率是PICICl6C65的3—4倍。本文在于研究微控制器的设计，实现以微控制器内核为中心，集成外围通讯接口的微控制器，为以后实现功能复杂的RISC微控制器的设计打下了基础，同时，也为今后集成更多外围接口的SOC设计和验证提供了宝贵经验。关键词：精简指令计算机，微控制器，PICl6C65，IP核，片上系统西北l‘业人学硕十学伉论文Abstrac

4、tThedesignforIC(IntegratedCrcuit)hasalreadyreachedintothelevelofdesigningaSOC(systemonchip)。However，withtheincreasingscaleofSOC，theproblemisnotwhethel"achipiSabletoaccommodatetothedesignforacomplexsystem．buthowthedesigncatchesupwitllincreasingspeedofcomplexityfordesigningachipandmeetsrequi

5、rementsthatthefiercemarketcompetitionisstrictwiththetimethatproductscomeintomarket．Nowadays．adesignbasedchipcoresbecomesatrendtowardstheEDAdevelopment。ItispromisingtodevelopIP(IntellectualProperty)coreswithindependentintellectualpropertyright．ThePcorecanbesetdifierentfunctionbyprogrammingw

6、ithsoftware．andusedinvariousembeddedMCUsystem。During血esystematicarchitecture．instructionsystemandsystematictimingofPICl6C65MCUofMicrochipwereanalyzeddeeply．theMCUwhosethesystematicarchitecturesuchastimearchitectureandspacearchitectureisdifferentandinstructionswerecompatiblewithPICl6C65have

7、beendesigned．ThedesignchangetwolevelinstructionPiDelineofdividedtimeofPICl6C65tothreelevelinstructionpipelineofnotdividedtimeandoverpassimprovingonHARVARDarchiteeturewith14jbitinstructionlengthand8．bitdatalengthmakeonedatabustodoubledatabussuchassourcedatabusa