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时间:2019-05-23
《基于RISC技术的微控制器研究与设计》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、东北大学硕士学位论文摘要基于RISC技术的微控制器研究与设计摘要进入21世纪以来电子技术以更加迅猛的速度不断发展,微控制器的应用更加广泛,埘微控制器的要求更加五花八门。同时使用VHDL语言和FPGA/CPLD来设计电路的方法也得到迅速的完善。因此使用VHDL语言来设计一个专用的微控制器成为可能。本文的目的就是要使用这种方法来设计一个特殊的微控制器。论文先从微控制器的核心部分CPU开始分析,着重分析了CPU的工作原理和精简指令集技术(RISC)。然后分析了MCS51和MIPS32系列微控制器的指令系统。在此基础上,展开了微控制器的CPU设计工作。这是一个
2、使用了RISC技术的8位CPU,寻址能力为程序存储器4KB,数据存储器512字节,并且应用了4级流水线来提高CPU的工作效率。流水线中的相关问题得到比较成功的解决。微控制器还含有4个中断源的中断系统,2个定时/计数器和4组I/O口。为了实现总线仲裁功能,在微控制器里又设计了一个总线仲裁部件。该仲裁器的目标系统是一个多DSP系统,仲裁器实现了系统中的集中式仲裁。仲裁的协议全部独立制定,保证了仲裁的可靠性和可行性。这样含有总线仲裁部件的微控制器实际上是一个SoC系统。各个部件都是由VHDL语言和EDA工具设计实现的。EDA工具使用了Xilinx公司的ISE
3、6.1和仿真工具Modelsim5.8c。在Modelsim环境下对各个部件都进行了模拟仿真。并且在最后设计了一段程序实现了微控制器整体仿真。关键词:微控制器;VHDL;RISC:流水线;总线仲裁东北大学硕士学位论文AbstracIStudyandDesignofaRISCMicrocontrollerAbstractEversincethe21stcenturycame,theelectronicstechnologyhasbeendevelopingfasterthaneverbefore,themicrocontrollersarebeingus
4、edmorefrequently,therequiresofmicrocontrollersarevaried.Simultaneously,thecircuitdesignmethodofusingVHDLandFPGA/CPLDhasbeenquicklyimproved.SotodesignaspecialmicrocontrollerwithVHDLispossiblenow.Thegoalhereistouseittodesignaspeciallyusedmicrocontroller.Itbeginswiththeanalysisofth
5、eCPU,coreofthemicrocontroller,whichanalysesalotabouttheworkingprinciplesofaCPUandtheRISCtechnology.ThentheinstructionsetofMCS51andMIPS32seriesmicrocontrollersarestudied.Basedonthese,thedesignofCPUstarts.Itisan8bitRISCCPU,manageableof4KBROMand512bytesRAM,apipelineof4stagesareused
6、toenhancetheefficiency.Thehazardproblembroughtbypipelineissuccessfullysolved.Themicrocontrolleralsohasallinterruptsystemthatcontains4interruptsources,2timer/counterand4I/Oports.Torealizethebusarbitrationfunction,abusarbiterpartisarrangedwithinthecontroller.Theappliedsystemofthea
7、rbiterisamulti-DSPsystem.Theintensivearbitrationinthesystemisachievedbythearbiter.SothemicrocontrollerwhichcontainsanarbiterisinfactanSoCsystem.AllpartsherearecarriedoutbyVHDLandEDAtools.TheEDAtoolsareISE6.1ofXilinxCompanyandthesimulatorModelSim5.8c.IntheModelsimenvironmentevery
8、partaresimulated.Atlast,apieceofprogramisusedto
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