文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
八位微处理器IP核设计与研究
姓名:肖战牛
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:段哲民
20050301
摘要
摘要
随着电子技术的飞速发展,八位微处理器已经成为库中的重要成员,而其
嵌入式结构正是的一种重要实现技术和方法。
本文在对传统的系列单片微控制器进行系统而细致地分析的基
础上,找出了制约其性能的关键因素。分析发现,在传统八位微处理器设训
中,影响其整体性能的主要原因是基于累加器的结构、指令体
系、时钟系统设计以及系统构架。针对于此,设计了一种类构架的八
位微处理器内核。该微处理器内核采用哈佛结构,在模块设计了独立
的乘、除法单元,通过采用单周期指令优化指令时序,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。
考虑到微控制器内核的可移植性,本文对整个微控制器内核采用可综合
的语言编写,并且通过编写测试代码以及约束文件进行了较完整的
软件仿真验证和仿真验证。验证结果表明,该微处理器核的最高时钟
频率和指令执行效率均优于标准的的三倍以上。
关键词核类数据通路控制通路指令集
摘要
一,,,,,,,,
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第一章绪论
研究的背景和意义
随着集成电路技术的迅速发展,集成电路己进入系统级芯片设计时代。
芯片的集成度越来越高,单芯片上的集成度和操作频率越来越高,投放市场
的时间要求越来越短。为了完成这样的芯片,设计者越来越依赖于模块的
复用。
在设计中,成为独立技术的时间虽然不长,但发展却非常迅速。技术
受到广泛重视的主要原因是它为的设计提供了有效途径,是的技术支撑。
当然,在国内开发出具有自主知识产权的模块还面临着许多问题,如核心算法
的优化、不同层次模块的建立、模块的可重用问题以及模块的标准化问题等。
因此,设计一个成功的模块,必须要有好的设计思想和算法、先进的开发工具、
科学的设计流程、符合标准的接口方式、严格的测试验证手段、完善的文档以及
良好的灵活性、易用行。
随着电子技术的发展,特别是应用技术的飞速发展,单片机应用系统己经形
成了常用的、独特的嵌入式结构。如不同系列的单片机,都是嵌入不同的和
其它辅助电路而形成的。目前,单片机己经成为库中的重要成员,而其嵌入式
结构正是的一种重要实现技术和方法。
用设计单片机系统嵌入式结构,为设计者提供了现有技术所无法比拟的
优越条件,只需要根据所设计系统的固件特性和功能要求,选择相应的单片机
内核,再根据需要选择其它的模块,就可以实现完整的系统。从某种意义上看,
为单片机应用提供了更广阔的应用技术,并赋予了单片机更强大的生命力。
如果整个目标系统的核心是一个单片机,那么,这个系统设计成功之后
就不仅是真正意义上的单片机,而且还实现了真正的系统单片机。这正是单片机
强大生命力的根源。
本人的主要工作
首先,从系统结构、指令系统及指令执行时序上对传统典型八位微处理器
进行了详尽地剖析,指出在传统典型微处理器内核中制约微处理器整
体性能的主要因素,然后提出改进方案。
其次,采用标准的自顶向下的设计方法,用语言完成整个系统的
级设计,完成功能仿真。
最后,完成整个系统的综合、后仿真验证以及性能分析。
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论文的内容安排
绪论之后论文第二章介绍了核通用的设计方法。第三章从整体上阐述了本
论文的设计思想,讨论了微处理器的整体框架结构设计,为微处理器核内部的具
体实现提供了明确的目标和指引。接着在第四章详细叙述了整个系统的设计过程,
从各个模块入手到整个系统的建立,这一章是整个论文的重点。在第五章完成了
系统的仿真验证以及性能分析,这一章是对本论文所做工作的验证及小结。最后
在第六章在对本文总结的基础上,提出了更进一步的研究方向。
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第二章核通用设计方法概论
工核概述
的设计基础是复用技术。
芯片需要集成一个复杂的系统,这导致了它具有比较复杂的结构,如果
是从头开始完成芯片设计,显然要花费大量的人力和物力。另外,现在电子产品
的生命期在不断缩短,这要求芯片的设计可以在更短的周期内完成。为了加快
芯片设计的速度,人们将己有的电路以模块的形式,在芯片设计中调用,
从而简化芯片的设计,缩短设计时间,提高设计效率。这些可以被重复使用的
模块就叫做模块。
模块是一种预先设计好,已经经过验证,具有某种确定功能的集成电路、
器件或部件。它可以分为三种不