基于RISC结构的微控制器分析与设计

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1、明师指导下进行的研究工作及取以标注和致谢的地方外，论文果，也不包舍本人为获得江南的材料．与我一同工作的同志明确的说明并表示谢意．瓤：：抽f{t。S．30关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅扣借阅，可以将学位论文的全部或部分内容缩入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并耳奉人电子文档的内容和纸质论文的内容相—致．保密的学位论文在解密后也遵守此规定．签名：地

2、：导师签名：屋拦日期：20f／．箩．，9塑薹Fl[IrJiIfrjflljlllIlllrlllfrllffll[1lpl[rfplljY1953546摘要微控制器(MCU)出现近40年来，在消费电子，汽车电子和工业应用等领域得到了广泛的应用，随着集成电路系统进入片上系统(SOC)时代，MCU不但可以作为单个芯片应用于嵌入式系统中，也可以作为P核集成进超大规模集成电路系统中，在国内市场上，国外MCU产品大行其道，面对如此广阔的市场，国内企业由于起步晚，技术薄弱等原因，所占市场份额较少，因此开发一款具有自主知识产

3、权的MCU就显得相当重要，虽然应用场合多种多样，单靠一种产品已经无法满足变化万千的市场需求，但是MCU的发展呈现出单一化和集成化的发展趋势，无论MCU产品的应用场合如何变化，MCU核心模块的发展具有一定的稳定性，只要确定了MCU的体系结构，开发出基本组成模块，后续的应用开发只要在此基础上进行相应的裁剪即可。本文在仔细分析了Microchip公司的PIC系列产品中的PICl6C6X系列微控制器后，提出了采用数据总线和指令总线相分离的哈佛双总线结构，采用两级流水线结构，在原有的时序基础上，采用改进的单时钟周期时序，

4、提高了电路的时钟频率，加快了MCU系统的运行速度，在指令的译码和运算模块采用硬逻辑增快了电路的速度，为了提高MCU的市场适应性采用了兼容于PICl6C6X的指令系统，整个指令系统具有35条指令，绝大多数指令能够在单周期完成，整个MCU系统采用自上而下的(TOP．DOWN)的设计方法完成了各个模块的硬件语言的描述设计，运用Mentor公司的Modelsim软件进行了功能仿真验证，同样应用Mentor公司的DC软件完成电路的综合，结果显示电路系统的速度超过了PICl6C6X系列的最高时钟频率20MHz。最后通过Ca

5、dence公司的EDI软件进行了初步的布局布线，结果证明MCU系统具有一定的可实现性．为了增强电路系统的运算能力，本文还设计了一款可嵌入到MCU中的8位乘法器，该乘法器模块采用改进BOOTH算法，通过改进其中的编码门级电路和压缩阵列结构，提高乘法器的运算速度，完成乘法器硬件语言描述，并且完成了基于SMIC公司的工艺完成了DC综合。结果显示乘法器速度达到了188MHz。关键词：微控制器；ⅪSC；流水线；乘法器；BOOTHAbstractMicrocontroller(MCU)appearsnearly40year

6、s，inconsumerelectronics，automobileelectronicsandindustrialapplicationareastobewidelyused，alongwithintegratedcircuitsystemintosystemonchip(soc)era,MCUnotonlycanbeusedasasinglechipinembeddedsystems，CanalsoactasIPcA)reintegratedintoVLSI,indomesticmarket,foreign

7、MCUproductiSpopular,withsuchbroadmarket,duetOlatestartandthetechnicalwealdomesticenterprisesholdlessmarketshare，sodevelopingtheMCUofindependentintellectualpropertyrightsisquiteimportant,althoughitappearsdiverseapplications，singleproducthasbeenunabletomeetthe

8、ever-changingmarketneeds，butthedevelopmentofMCUpresentsthedevelopmenttrendofdiversifiedandintegration，nomatterhowtheMCUapplicationoccasionsproductchanges，thedevelopmentofooremodulesMCUhascertain