32位嵌入式微處理器控制單元的設計.pdf

1、摘要凈4676；!本文設計了一個在指令級和功能上兼容于Intel80386EX的32位嵌入式微處理器的控制單元。在論文中，首先討論了此控制單元的基本原理，包括微程序式控制器、權(quán)限的監(jiān)測和保護這兩個主要部分。然后描述了具體的功能實現(xiàn)的過程，并用微程序逐一構(gòu)造了Intel80386所具有的300余條指令。在行為級和RTL級的電路描述都通過了嚴密的功能級仿真和測試后，又對微碼和線路進行了優(yōu)化，使其在滿足速度要求的前提下，在整體功耗和面積上達到

2、更好的效果。最后用數(shù)?；旌暇€路的仿真工具對整體電路進行了時序級的仿真，確認其在時序上也達到了預期的設計目標。關鍵詞：CISC微處理器，微程序式控制器，權(quán)限保護，全定制電路中國圖書館分類號：AbstractThepaperpresentsacontrolunitof32一bitembeddedmicroprocessorwhichfunctionandinstructionsetsarecompatiblewithIntel80386EX

3、First，wediscussthebasicprincipleofcontrolunitincludingtwomainpart：micro—programcontroller，thedetectionandprotectionofprivilegeAfterbothofthehardwaredescriptiononthebehaviorlevelandRTLlevelhaspassedthecriticalsimulationan

4、dverification，wetrytooptimizethemicrocodeandsomecircuitsInorderthatwecangetthebetterresultontheareaandpowerwhenitcanmeettherequirementonthespeedIntheend，weusethemixedsignalsimulatedEBbtoolstomakesurethatitcanalSOmeetoure

5、xpectedpurposeontimingKeywords：CISCmicroprocessor，micro～programcontroller，detectionandprotectionofprivilege，full—customedcircuit前言Hq看微處理器是電子計算機的心臟，是推動信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的動力源泉。自INTEL公司于1971年推出的第一個微處理器芯片4004起，伴隨著集成電路設計技術(shù)和半導體制造工業(yè)技術(shù)的進步

6、，30年來微處理器技術(shù)的發(fā)展速度遠遠超出人們的預料。近30年來，微處理器的發(fā)展一直按INTEL創(chuàng)始人之一摩爾提出的著名的摩爾定律發(fā)展。個人電腦微處理器平均每2至3年微處理器技術(shù)就進步一代，經(jīng)歷了8086、80286、80386、80486乃至最新的微處理器PENTIUMIII，已集成了上千萬個晶體管，工作頻率超過16Hz，制造工藝也由刪oS工藝發(fā)展至013um銅布線cMos工藝。圍繞著微處理器形成的信息產(chǎn)業(yè)市場，更加成為世界經(jīng)濟發(fā)展的支

7、柱產(chǎn)業(yè)。目前，以微處理器為核心的計算機技術(shù)已成為現(xiàn)代化國家所有重要領域必需的基礎，無論是經(jīng)濟建設、社會管理還是國防建設，都離不開計算機。微處理器不斷的升級促進了計算機產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，但INTEL公司出于市場策略的考慮，為迅速拉開與競爭對手的技術(shù)領先優(yōu)勢，INTEL的微處理器淘汰速率也越來越快。許多基于較老型號微處理器設計的系統(tǒng)，因為INTEL公司的停止供貨而不得不被追進行更新，給整個系統(tǒng)的應用造成嚴重影響。另一方面，掌握了微處理器的

8、設計技術(shù)，可以在此基礎上進一步設計更為復雜的內(nèi)嵌微處理器核心的單片系統(tǒng)，這對于提高整體應用系統(tǒng)的性能具有巨大意義。因此擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能微處理器已是當務之急。近年來，隨著國家對微電子制造和設計技術(shù)的重視和持續(xù)投入，我國的集成電路設計技術(shù)有了長足進步，目前在某些專用集成電路領域的設計技術(shù)水平已逐漸接近國外先進技術(shù)水平，但在微處理器的設計方面，與國外相比仍存在較大差距。但隨著集成電路設計制造技術(shù)和計算機輔助設計技術(shù)的進步，以及專用集成

9、電路設計的多年技術(shù)積累，已使我們有能力設計自主產(chǎn)權(quán)的高性能微處理器。本設計即是在這方面一個有益的嘗試。前言之后的部分將如下組織：第一章是概述部分。首先介紹了幾個基本的概念，如微處理器及其發(fā)展史、CISC與RISC微處理器的區(qū)別和嵌入式系統(tǒng)；然后描述了徽處理器的國際研究熱點和國內(nèi)研究的現(xiàn)狀；最后說明了本文的設計背景、預期目標和所作的工作。第二章是基本原理部分。首先對本項目的設計藍本——Intel80386EX進行了介紹。然后著重說明了控制