8位精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)微控制器的分析與設(shè)計(jì).pdf

1、本文針對(duì)SOC系統(tǒng)應(yīng)用的要求設(shè)計(jì)了一種8位精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)(RISC)的微控制器(MCU)。MCU采用指令總線和數(shù)據(jù)總線分離的哈佛雙總線以及兩級(jí)流水線體系結(jié)構(gòu)，使大多數(shù)指令都能在一個(gè)指令周期內(nèi)完成，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度。該MCU的指令系統(tǒng)采用RISC指令集，包括63條指令(含一條空指令)，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，便于學(xué)習(xí)和使用。其性能可滿足SOC系統(tǒng)的要求，同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，所以在家電控制、智能儀表以及自動(dòng)控制等領(lǐng)域又有廣泛的應(yīng)

2、用前景。 本文闡述了SRAM和ROM的工作原理，設(shè)計(jì)了SRAM和ROM單元電路以及外圍的譯碼、讀寫(xiě)電路的，并且使用Cadence軟件對(duì)電路功能進(jìn)行了仿真、驗(yàn)證。本文采用自頂向下(Top-Down)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)MCU的時(shí)序系統(tǒng)、看門(mén)狗單元、算術(shù)邏輯運(yùn)算器(ALU)以及指令系統(tǒng)和輸入輸出端口電路等模塊的工作原理、設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了闡述，并且實(shí)現(xiàn)了邏輯功能的仿真驗(yàn)證以及電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)必須的基本邏輯單元電路給出了晶體管級(jí)的電

3、路描述并且使用Cadence、Synplify和ModelSim軟件進(jìn)行了功能仿真和驗(yàn)證。設(shè)計(jì)過(guò)程中將面積優(yōu)化和降低功耗作為優(yōu)先考慮的問(wèn)題，盡可能減少實(shí)際使用器件的數(shù)量和降低控制的復(fù)雜程度。著重對(duì)算術(shù)邏輯運(yùn)算器(ALU)進(jìn)行了研究和優(yōu)化和設(shè)計(jì)，在不影響電路功能的前提下節(jié)省了系統(tǒng)資源。 在研發(fā)過(guò)程中，作者主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的功能分析與設(shè)計(jì)、子模塊的分析與設(shè)計(jì)、邏輯綜合以及基本數(shù)字邏輯單元電路的電路設(shè)計(jì)與功能的仿真工作。完成了SRAM和R