文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
基于FPGA的MCU IP核设计与研究
姓名:常允凤
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:徐建城
20050301
摘要
摘要
本文对现今市场流行的基于技术的进行了分析,发现其使用流水
线结构来提高指令执行效率的技术会给内部控制逻辑的设计带来极大的困难。为
了简化控制器设计,本文以传统系列的为基点,对其进行了系统而深入
的分析。分析发现基于累加器的结构、指令体系及指令的执行时间是
影响其性能的关键因素。
针对于此,设计了一种具有特色的微处理器内核。该处理器内核采用哈佛结
构、单相时钟、全同步设计,在内核结构、指令系统和指令时序上对传统的系
列进行了改进,从而加快了微处理器的处理速度,提高了指令的执行效率。
本文所设计的软核采用语言编写,可读性好,易于扩展使用,
易于升级,更利于软核的移植,非常适于基于核复用技术的设计。采用各
种工具对整个微控制器内核进行了较完整的软件仿真验证。验证结果表明
所设计的微处理器核在最高时钟频率和最高指令执行速度方面均优于传统典型微
控制器内核的倍以上。
关键词核微控制器数据通路控制通路
西北工业大学硕士学位论文
勿
第一章绪论
第一章绪论
研究的背景
随着半导体技术的飞速发展,单个硅片上的集成度越来越高。大规模的集成,
使得每个晶体管的成本趋近于零。在这种情况下,人们很自然的希望在同一块硅
片上实现更多的功能,于是技术应运而生,并逐渐成为设计技术的主流。
另外,的更新换代加快,设计升级的周期缩短,以前的单元库远远不能满足复
杂电路对设计的要求,设计的开发己成为集成芯片市场扩大的“瓶颈”,因此开
发可重复利用的基本电路功能模块的方法,即应运而生。简单地说,是指在
电子设计中预先开发的用于设计的可复用功能模块,它具有很高的通用性和
灵活性,可以通过软件编程完成不同特定的功能,可以任意使用在各种嵌入式微
控制系统中。嵌入式核由于重用设计思想成为当今的重要设计手段。系统
设计者进行一个复杂设计的过程很像以前构造一块板一样,从市场上采购
功能模块,然后在一块芯片上有效集成,从而构成一个功能强大的系统,即
与技术
技术
随着深亚微米制造技术、设计技术的迅速发展,集成电路已进入片上系统
时代。能在单一硅芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和等功能,
将数字电路、模拟电路、信号采集和转换电路、存储器、等集
成在一块硅芯片上实现一个系统功能。
目前市场上的芯片主要有三种类型,一是以微处理器为核心,外围集成
各种存储器、控制电路、输入输出、等功能于一个芯片上二是以数字
信号处理器为核心,多个、大容量存储器等集成三是上述两
种类型的混合,或者把系统算法和芯片结构有机地集成在一起。
从技术层面看,系统级芯片技术是超大规模集成电路发展的必然趋
势和主流,它以超深亚微米工艺和核复用技术为支撑。其中核的设计和制造
是技术中最为关键的部分
第一章绪论
第一章绪论
研究的背景
随着半导体技术的飞速发展,单个硅片上的集成度越来越高。大规模的集成,
使得每个晶体管的成本趋近于零。在这种情况下,人们很自然的希望在同一块硅
片上实现更多的功能,于是技术应运而生,并逐渐成为设计技术的主流。
另外,的更新换代加快,设计升级的周期缩短,以前的单元库远远不能满足复
杂电路对设计的要求,设计的开发己成为集成芯片市场扩大的“瓶颈”,因此开
发可重复利用的基本电路功能模块的方法,即应运而生。简单地说,是指在
电子设计中预先开发的用于设计的可复用功能模块,它具有很高的通用性和
灵活性,可以通过软件编程完成不同特定的功能,可以任意使用在各种嵌入式微
控制系统中。嵌入式核由于重用设计思想成为当今的重要设计手段。系统
设计者进行一个复杂设计的过程很像以前构造一块板一样,从市场上采购
功能模块,然后在一块芯片上有效集成,从而构成一个功能强大的系统,即
与技术
技术
随着深亚微米制造技术、设计技术的迅速发展,集成电路已进入片上系统
时代。能在单一硅芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和等功能,
将数字电路、模拟电路、信号采集和转换电路、存储器、等集
成在一块硅芯片上实现一个系统功能。
目前市场上的芯片主要有三种类型,一是以微处理器为核心,外围集成
各种存储器、控制电路、输入输出、等功能于一个芯片上二是以数字
信号处理器为核心,多个、大容量存储器等集成三是上述两
种类型的混合,