基于FPGA的8位RISCMCU研究与设计

武汉理工大学硕士学位论文基于FPGA的8位RISCMCU研究与设计姓名：张红娜申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：胡荣强20070501基于FPGA的8位RISCMCU研究与设计作者：张红娜学位授予单位：武汉理工大学相似文献(10条)1.学位论文应继宏基于RISC结构的微控制器IP核设计2007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)PIC16C65的系统结构、指令系统和系统时序，提出了三级不分时流水结构代替PIC16C65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PIC16C65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。本文采用自顶向下的设计方法，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，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PIC16C65MCU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PICIC16C65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。2.期刊论文刘锋.庄奕琪.史江一.代国定高速8位RISC微控制器内核设计-微电子学2002,32(6)在对传统的MCS51系列单片微控制器的局限性进行分析的基础上,设计了一种基于增强8位RISC构架的微控制器(MCU)内核.该MCU核采用哈佛结构、16位指令字长和8位数据字长,通过设计单周期指令、在内部设置多个快速寄存器及采用硬布线逻辑代替微程序控制的方法,加快了微处理器的速度,提高了指令的执行效率.计算机仿真验证和FPGA仿真验证的结果表明,该MCU的最高时钟频率和指令执行效率等指标均优于MCS51的5倍以上.3.学位论文张治8位RISC微控制器超大规模集成电路的分析与设计2003微控制器的发展已经有二十多年,从8位发展到了16位、32位、64位,已经开发出很多的品种,但是国内市场基本上是国外品牌的天下,我们必须开发有自主知识产权的微控制器.为了尽快赶上国际先进水平,我们需要借鉴和吸收国外成功的设计经验,否则,芯片的面积和性能很难做到最优,因此VLSI设计中心决定通过正向和逆向结合的方法来设计微控制器.该课题的研究目的是开发与PIC中档微控制器的兼容微控制器.该文作者及其研究小组在一年多的时间里,从版图的电路提取,电路整理,电路分析到电路的设计和仿真,做了大量的工作,深入的分析了PIC16C73B的组成结构和工作原理,完全的破译了PICmicro的指令系统,把握了微控制器的设计思想,设计出了与PIC中档微控制器兼容的微控制器,为开发自我知识产权的微控制器奠定了坚实的基础.该文先简要介绍了计算机指令系统的发展,然后深入分析了微控制器的组成架构以及指令的两级流水,接着详细论述了的各个功能模块的工作原理和电路的设计考虑,通过算术逻辑单元ALU的深入分析来探究了每条指令在MCU中执行情况.为了扩展系统,第五章专门讨论了中断模块的设计和验证.最后通过一个乘法程序的仿真来验证了整个MCU的设计.仿真工具用的是ViewLogic公司的WorkviewOffice7.5.4.期刊论文居水荣一种采用RISC构架的4位微控制器-微电子技术2003,31(2)首先介绍了我们所设计的基于RISC构架的4位MCU的功能框图和硬件资源,然后从硬件的角度分析了微控制器的内核部分的结构,并对其中的一些比较重要的模块作了简单介绍,最后从软件的角度给出了指令系统.5.学位论文张旭一种八位RISC结构微控制器的设计与实现2003该文采用自顶向下(Top-down)的方法设计并实现了一种八位RISC结构微控制器,并通过采用哈佛总线,两级流水线结构,简化了电路结构,节省了系统资源,大大减少了执行每条指令所需要的时钟数.该微控制器的指令系统采用了精简指令集,共有33条精简指令,除程序分支指令外,其余皆为单周期指令.其频率为20MHz,一个机器周期相当于四个振荡周期,指令执行时间为200ns,性能大大优于其他同类型CISC结构的微控制器,可广泛应用于低功耗、高性价比的微控制领域.该设计将面积优化和节省系统资源视为优先考虑的问题,在设计过程中,优先考虑减少实际使用器件的数量和简化控制的复杂程度.此外,该微控制器采用将振荡脉冲四分频的方法,利用四个非重叠正交的时钟信号来控制整个电路的时序关系,尽量减少时序控制信号,而采用组合逻辑控制,尽可能的将控制延时减小到最低限度,从而提高电路的整体性能.该文从设计要求、系统设计、模块划分与设计、系统仿真以及布局布线等几个方面对该八位RISC结构微控制器的设计思想和实现方法进行了详尽的论述.并着重对ALU与指令译码器进行了研究和优化,在不影响电路功能的前提下大幅度节省了系统资源.6.期刊论文李丽.高明伦.张多利.程作仁8位RISC微控制器IP软核的设计-微电子学与计算机2001,18(3)文章以HGD08R01为例介绍了8位RISC微控制器IP软核的设计,讲述了采用VerilogHDL高层描述自上而下进行IP软核设计的方法及其仿真验证,并对HGD08R01的体系结构及其读/写时序进行了分析.7.学位论文魏薇兼容M8的8位RISC微控制器的研究与设计2007本文介绍了一款8位RISC结构微控制器的设计与实现。此款微控制器兼容CYPRESS公司的微控制器M8，具有良好的可读性、可扩展性与可移植性。该微控制器的指令系统采用了CYASM指令集，仅38种指令，易于学习和使用；采用数据总线和指令总线相互分离的哈佛双总线结构，16位指令字长和8位数据字长，控制器采用硬布线逻辑设计；并在设计中注意资源共享，简化了电路，节省了系统资源。全文采用自顶向下的设计方法，通过对划分模块，模块设计，指令系统及执行安排，系统综合，仿真验证等一系列工作的详细阐述，介绍了实现这款8位微控制器的全过程。设计过程中将面积优化作为优先考虑，尽可能减少实际使用器件的数量和降低控制的复杂程度。着重对算术逻辑单元(ALU)等功能单元进行了研究和优化，在不影响电路功能的前提下节省了系统资源。为了更好地验证设计思想，借助EDA工具对设计代码进行了基于FPGA的综合与实现，并对微控制器的工作状态进行了功能和时序仿真，从验证的结果来看，所设计的芯片实现了预期的功能，满足设计的要求。8.期刊论文孙惠章.SUNHui-zhang16位RISC内核微控制器MAXQ3210的功能和应用-青海师范大学学报（自然科学版）2006,(2)MAXQ3210在DallasSemiconductor公司开发的MAXQ系列及其他嵌入式微控制器中独具特色.本文主要分析了MAXQ3210的功能特性,给出了使用MAXQ3210建立应用系统硬件架构和应用软件设计,介绍了MAXQ3210的优点以及它在环境、安全监测等领域的实际应用.9.学位论文吴静一种RISC结构8位微控制器的设计与实现2004该文设计并实现了一款RISC结构8位微控制器(MCU).通过采用数据总线和指令总线相互分离的哈佛双总线以及两级指令流水线结构,并注意资源共享,简化了电路设计,节省了系统资源,且使绝大多数指令能在一个机器周期内完成,从而提高了指令的执行速度.该微控制器的指令系统采用了精简指令集,仅35条指令,易于学习和使用,其性能优于相同工作频率下的CISC结构微控制器,可广泛应用于低功耗、高性价比的控制领域.全文采用自项向下(Top-Down)的设计方法,对设计要求、系统设计、子模块的划分与设计、逻辑综合、布局布线以及功能仿真等内容进行了详细阐述.设计过程中将面积优化和降低功耗作为优先考虑的问题,尽可能减少实际使用器件的数量和降低控制的复杂程度.着重对算术逻辑单元(ALU)进行了研究和优化,在不影响电路功能的前提下节省了系统资源.该项目为天津市科委科技攻关项目,在研发过程中,作者主要负责系统的功能设计、子模块的划分与设计、逻辑综合以及功能的仿真工作,并参与了部分布局布线工作,研发工具为Cadence和Synopsys公司的相关设计工具.该微控制器芯片已于2003年3月在无锡华晶公司流片成功,项目于同年11月通过天津市科委的验收.该微控制器与MICROCHIP公司的PIC16C62系列产品指令集兼容,功能相当.该项目的顺利完成必将为将来开发具有特殊用途的集成电路以及实现系统集成奠定坚实的基础.10.学位论文刘锋高速八位RISC微控制器内核设计2002该文针对系统芯片的嵌入式应用,设计完成了一种高性能的新型八位微控制器内核,在很大程度上弥补了传统八位微控制器的不足,特别适合系统级芯片的嵌入式应用.该文对传统的MCS-51系列单片微控制器进行了较系统而细致的分析,找出了制约其性能的关键因素.分析发现,在传统八位微控制器设计中,基于累加器的ALU结构及CISC指令体系及系统构架是影响其整体性能的主要原因.考虑到微控制器内核的可移植性和可利用性,整个微控制器内核采用可综合风格的VerilogHDL语言编写,并且进行了较完整的软件仿真验证和FPGA仿真验证.本文链接：：上海海事大学(wflshyxy)，授权号：3bc26dd4-7cf4-49af-adda-9dec00c19755下载时间：2010年9月9日