基于ARMv4指令集的32位RISC微控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、嵌入式系統(tǒng)在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，包括個(gè)人消費(fèi)、通信、工業(yè)控制以及軍事等。嵌入式系統(tǒng)的核心是微控制器，其性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。本文基于開(kāi)源IP核設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款具備基本功能的微控制器，該微控制器用于一款小型射頻SOC芯片。該微控制器的核心是一個(gè)基于ARMv4指令集微處理器內(nèi)核，外圍設(shè)備包括SPI控制器、通用串口、定時(shí)器、通用IO接口和外部中斷以及中斷控制器。
　　 本文設(shè)計(jì)的微處理器是在一款基于ARMv2a指令集架構(gòu)的

2、開(kāi)源IP核的基礎(chǔ)上，進(jìn)行深度修改得到。ARM作為目前RISC(ReducedInstructionSetComputer)，即精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的代表，在嵌入式領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，本文選擇ARM指令集有著深遠(yuǎn)意義。本文設(shè)計(jì)的微處理器內(nèi)核兼容ARMv4指令集48條指令中的43條，5條協(xié)處理器指令除外。該微處理器內(nèi)核擁有三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)和Wishbone系統(tǒng)總線，而且能夠很好的兼容現(xiàn)有編譯器，方便應(yīng)用調(diào)試。
　　 外圍設(shè)備也是微控制器的

3、重要組成部分，微處理器影響著微控制器的性能，而外圍設(shè)備則關(guān)系到整個(gè)微控制器功能的豐富性。本文設(shè)計(jì)的微控制器包括了五個(gè)外圍設(shè)備，其中SPI控制器和通用串口是參考現(xiàn)有案例自主重點(diǎn)設(shè)計(jì)，定時(shí)器、通用IO接口及外部中斷和中斷控制器只具備簡(jiǎn)單功能，為滿足射頻SOC基本需求而設(shè)置。SPI控制器符合SPI通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn);通用串口具有最基本的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，即1位起始位、8位寬的數(shù)據(jù)位、沒(méi)有校驗(yàn)位，停止位位2位。所有外設(shè)都基于Wishbone系統(tǒng)總線從設(shè)備而

4、設(shè)計(jì)，不僅應(yīng)用于本文的微控制器，還可以應(yīng)用于其他任何基于Wishbone系統(tǒng)總線的設(shè)計(jì)。
　　 仿真驗(yàn)證是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要流程，包括功能仿真和布局布線后的仿真。本文設(shè)計(jì)的微控制器從整體到各個(gè)功能模塊都進(jìn)行了完整的仿真，功能仿真所使用的仿真工具是Modelsim6.5f版本;由于沒(méi)有目標(biāo)工藝庫(kù)，因此布局布線后的仿真是針對(duì)Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA進(jìn)行的。通過(guò)最后微控制器在FPGA上的測(cè)試，證明整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了完