RISC微控制器的设计及SOC集成研究

《RISC微控制器的设计及SOC集成研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、阿北r业人学坝J。学位论文摘复摘要本论文主要完成了精简指令集计算机微控制器(RISCMcU)的设计，并在Altera公司的FPGA器件上通过了验证。研究了片上系统(SOC)的相关技术，并完成了基于RISCMCU核的片卜系统(SOC)的设计与验证。设计的RISCMCU与Microchip公司的PICl6C63A在指令系统上完全兼容。在详细分析RISCMCU的体系结构特点的前提下，进行了系统划分，并详细设计了泼RISCMCU的数据通路，包括设计该数据通路上的ALU单元、内部数据总线、工作寄存器w以及寄存器文件等功能模块。同时，设计和实现了该微控制器

2、的外围功能模块，包括USART通用同步异步接收发送器、SPI串行外围接[_

3、以及I／O输入输出接口等。设计‘的RISCMCU采用14位字长指令总线和8位字长数据总线分离的Harvard结构和二级指令流水设计，并使用硬布线逻辑代替微程序控制，加快了微控制器的速度，提高了指令执行效率。所有模块都采用Verilog硬件描述语言进行设计描述，使用EDA工具进行功能仿真、综合，并在FPGA器件上完成了系统的硬件验证。在本论文中还研究了片上系统(SOC)的关键技术和设计方法。首先分析了软硬件协例设计的概念和设计流程．接着介绍了实现知识产权(IP)复用技术的

4、一些基本舰则。然后对片上系统总线进行了分析。最后通过控制局域网络(CAN)总线节点设计的例子，讨论如何进行SOC的设计和验证。该实例以RISC微控制器IP核为核心，采用了开放的WISHBONE片上系统总线，并集成了第三方IPcore--CAN核。通过本论文的研究，为以后进行更为复杂功能的RISC微控制器的设计积累了经验；同时，也为今后进行基于微控制器核的SOC设计和验证提供了一种思路。关键词：精简指令集计算机，微控制器，PICl6C63A，数据通路，IP核，片卜系统两北T_业人学顺卜学位论AbstractThispaperintroducedt

5、hedesignofaRISCMCU(Micro．ControllerUnit)core．TheverificationofthedesigninFPGAdevicewasfuifilled．ThedesignandtheverificationofSOC(SystemonaChip)basedonRISCMCUcorewerealsodiscussedinthispaper．TheRISCMCUcoreiscompatiblewithPICl6C63AofMicrochipatinstructionsetlevel．TheRISCMCUarc

6、hitecturewasanalyzedindetail．Thedesignofdatapathwasalsodiscussed．1nthedatapath，manymodulesweredesignedandimplemented．suchasALU．databusunit，W(workregisterlandregistersfile，ThedesignsofperipheralfLlnctionalmoduleswerefinished．includingUSART,SPIand10TheRISCMCUcoreiSbasedonHarva

7、rdarchitecturewith14一bitinstructionlengthand8．bitdatalengthandtwo-levelinstructionpipelineTheperforlllanceoftheRISCMCUhasbeenimprovedbyreplacingmicro-programwithdirectlogicblock．AllthemodulesofRISCMCUcoreweredescribedwithVerilogHDLandsynthesizedwithhigh—levelsynthesisEDAtool

8、s．ThentheRISCMCUwasimplementedinFPGAdevice．ThekeytechnologiesandmethodsfordesigninganintegratedSOC(SystemonaChip)areintroducedinthispaper．Thispapergavetheconceptanddesignflowofsoftware／11ardwareC0一designandtheprincipleofIP．reuse．TheSOCODchipbusiSanalyzedinthispaper,Andwedesc

9、ribedhowtodesignandverifyaSOCdesignbyaexample，thedesignofaCANbusnodemodule．