8位精簡指令系統(tǒng)微控制器的分析與設(shè)計.pdf

1、本文針對SOC系統(tǒng)應用的要求設(shè)計了一種8位精簡指令系統(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流水線體系結(jié)構(gòu)，使大多數(shù)指令都能在一個指令周期內(nèi)完成，提高了系統(tǒng)的運行速度。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)，簡化了電路設(shè)計的復雜度，便于學習和使用。其性能可滿足SOC系統(tǒng)的要求，同時由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，所以在家電控制、智能儀表以及自動控制等領(lǐng)域又有廣泛的應

2、用前景。 本文闡述了SRAM和ROM的工作原理，設(shè)計了SRAM和ROM單元電路以及外圍的譯碼、讀寫電路的，并且使用Cadence軟件對電路功能進行了仿真、驗證。本文采用自頂向下(Top-Down)的設(shè)計方法，對MCU的時序系統(tǒng)、看門狗單元、算術(shù)邏輯運算器(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)計要求進行了闡述，并且實現(xiàn)了邏輯功能的仿真驗證以及電路的設(shè)計，同時對于系統(tǒng)實現(xiàn)必須的基本邏輯單元電路給出了晶體管級的電

3、路描述并且使用Cadence、Synplify和ModelSim軟件進行了功能仿真和驗證。設(shè)計過程中將面積優(yōu)化和降低功耗作為優(yōu)先考慮的問題，盡可能減少實際使用器件的數(shù)量和降低控制的復雜程度。著重對算術(shù)邏輯運算器(ALU)進行了研究和優(yōu)化和設(shè)計，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)過程中，作者主要負責系統(tǒng)的功能分析與設(shè)計、子模塊的分析與設(shè)計、邏輯綜合以及基本數(shù)字邏輯單元電路的電路設(shè)計與功能的仿真工作。完成了SRAM和R