控制處理芯片的指令集控制與寄存器管理技術(shù)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、指令集控制和寄存器管理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高性能控制處理芯片設(shè)計(jì)的重要技術(shù)。本課題的研究目的是：深入研究指令集控制與寄存器管理技術(shù)，并把理論研究應(yīng)用于自主研究設(shè)計(jì)的8位MCU芯片的指令流水和寄存器配置管理設(shè)計(jì)。最終，仿真驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路功能與時(shí)序的正確性，目標(biāo)是做出芯片產(chǎn)品。
　　本文先從指令集控制技術(shù)開始。首先，深入研究兩種基本指令集架構(gòu)CISC與RISC，并對(duì)比分析目前三種典型的RISC架構(gòu)，如ARM、MIPS和PIC。從而掌握如何把指令

2、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)有效結(jié)合。其次，對(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)控制處理芯片高性能設(shè)計(jì)的指令流水技術(shù)進(jìn)行分析研究。從如何設(shè)計(jì)流水深度、流水分段及流水的相關(guān)性問題三個(gè)方面，進(jìn)行分析研究，把握流水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題及實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
　　對(duì)于寄存器管理技術(shù)，首先，研究在控制處理芯片中如何進(jìn)行寄存器的合理配置。其次，對(duì)基于編譯的寄存器優(yōu)化和寄存器窗口，這兩種優(yōu)化管理技術(shù)的原理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，掌握它們的設(shè)計(jì)及應(yīng)用特點(diǎn)。
　　基于以上的理論研究，把指令集控

3、制與寄存器管理技術(shù)有效結(jié)合，應(yīng)用于自主研發(fā)的8位MCU芯片設(shè)計(jì)。
　　首先，本設(shè)計(jì)選擇 PIC中檔指令集，指令的處理采用非完全指令流水設(shè)計(jì)，并解決流水設(shè)計(jì)中的相關(guān)性問題。對(duì)指令流水的關(guān)鍵電路：程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、譯碼電路ID、ALU電路等模塊進(jìn)行具體電路設(shè)計(jì)仿真。其次，合理配置系統(tǒng)寄存器，設(shè)計(jì)寄存器電路。借鑒寄存器窗口思想，對(duì)寄存器進(jìn)行分區(qū)優(yōu)化管理設(shè)計(jì)。最后，在 MPLAB IDE v7.20中編寫仿真程序；在 Cad