兼容6502微处理器IP开发与设计

摘要

随着系统集成技术的发展，系统级芯片SoC(System-on-Chip)应运而生，SoC的出现促进了集成电路的发展。随着片上集成能力的越来越强，设计的复杂度越来越高，SoC的设计方法和关键技术，对IC设计起到很大的推动作用。可重用IP(IntellectualProperty)为SoC设计方法提供了一个有效的途径，可以缩短产品的设计周期，降低设计成本。本文的主要研究目标是开发一款面向智能电池系统的、兼容6502指令集的嵌入式微处理器IP核—Orca，并对其进行验证与综合。
　　本文根据项目特定的功能需要对Orca嵌入式处理器体系结构进行设计。完成设计的过程中，将总体结构划为寄存器模块，程序计数器，取指令模块，译码模块，算术逻辑单元，回写模块和堆栈指针等单元，然后将6502的指令集和新的指令，以及所有的寻址方式作为设计规范要求，一起优化整个硬件系统的设计，优化之后的设计，既满足设计规范要求，又降低了设计的难度。
　　本文针对Orca微处理器验证，设计了验证平台，采用软硬件协同验证的方法对Orca进行验证，使用编译器在软件层次来生成测试激励，然后通过软硬件接口送入硬件验证平台，达到了高效和靶向验证Orca微处理器的效果。同时软硬件协同验证的方法也便于对验证结果进行判断，软件设计的测试激励可以得到验证预期，然后将硬件平台的验证结果与验证预期进行比较，可以直观有效判断验证结果的正确性。根据反馈的结果，修改软件程序，产生更为合理和有效的激励，从而全面地对其验证。最后用DesignCompiler对设计进行了逻辑综合，设计时序和面积的约束，分析综合之后的结果，能够得到Orca微处理器的面积等数据。验证和综合结果表明，Orca微处理器符合设计规范，速度可达到20MHz，在SMIC0.18工艺下面积约为1.7万门。

目录

兼容6502微处理器IP开发与设计

DEVELOPMENT AND DESIGN OF6502-COMPATIBABLE MICROPROCESSOR IP CORE

摘 要

Abstract

目 录

绪论

1.1 课题的背景及意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 课题意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 SoC与IP技术

1.2.2 8位微处理器发展

1.2.3 6502简介

1.3 本论文的主要内容

1.4 本论文的结构安排

第 2 章 Orca微处理器体系结构

2.1 Orca体系结构

2.2 Orca指令集

2.3 Orca寻址方式

2.4 Orca微处理器存储器映射

2.5 本章小结

第 3 章 Orca微处理器的设计

3.1 Orca结构设计

3.2 寄存器组设计

3.3 程序计数器设计

3.4 取指模块设计

3.5 指令译码模块设计

3.6 算术逻辑单元设计

3.6.1 ALU功能设计

3.6.2 ALU模块设计

3.7 回写模块设计

3.8 堆栈指示器设计

3.9 本章小结

第 4 章 Orca微处理器验证与综合

4.1 验证平台设计

4.2 验证方案制定

4.2.1 测试激励生成

4.2.2 汇编测试程序编写

4.2.3 格式转换

4.3 验证流程

4.4 基本功能验证

4.5 验证结果与分析

4.6 Orca微处理器综合

4.6.1 综合策略及约束

4.6.2 综合结果

4.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

附录1

附录2

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哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢