专用8位嵌入式处理器及其汇编软件的设计

摘要

随着电子系统集成到芯片技术的不断发展，片上系统的优势和复杂性的不断增加，这给系统软件和硬件的设计者带来了新的挑战。系统软件的设计必须考虑芯片的硬件结构。对于片上系统来说，更需要硬件和软件的协同设计。 本文首先介绍了专用8位嵌入式处理器核的设计过程。该设计以东芝TLCS-870系列芯片为参考，以智能IC卡的嵌入式处理器为应用目标，在指令系统的设计，状态控制器和中断处理过程等方面进行了改进和创新。 设计采用嵌入式RSIC核的设计方法，完全兼容TLCS-870系列芯片的指令系统。在研究了传统的系统软件设计方法的基础上，为我们自行设计的8位嵌入式RSIC核设计了汇编软件。设计采用基于寻址方式的指令分类规则，为了完全兼容TLCS-870系列芯片的CISC指令系统，我们不仅在硬件中实现了指令系统的转换，而且还提出了一种一遍扫描算法，对源程序只进行一遍从头到尾逐字符扫描，得到所需要的目标代码。同时还提出了一种以基本模块为单位的编译执行机制。对于程序中的跳转指令执行时可能产生的目的地址不明确的问题，我们采用了一种类似软件中断的机制来解决。 最后利用我们所设计的专用处理器及其汇编软件，应用于智能IC卡芯片的设计中。根据汇编的结果将程序下载到由FPGA实现的RISC核评估板上运行并和仿真结果进行比较验证，功能上达到了预期的设计目标，且较传统的实现方法更可行、更灵活、更可靠。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明和本论文使用授权说明

第一章引言

1.1嵌入式系统概述

1.2汇编软件

1.3论文课题背景

1.4课题研究的意义

1.5作者在整个项目中所做的工作

1.6本文的主要成果和特色

1.7文章的结构安排

第二章嵌入式处理器简介

2.1处理器的历史与现状

2.2 CISC与RSIC结构

2.3微处理器的控制方式

2.4 TLCS-870嵌入式处理器组成概述

2.4.1指令系统

2.4.2存储空间

2.5小结

第三章SD-870处理器核的设计实现

3.1指令译码模块

3.1.1指令长度判断

3.1.2指令信息分解

3.1.3指令信息重新拼装

3.2 ALU运算单元

3.2.1内部运算逻辑块的实现

3.2.2 ALU的运算时序控制过程

3.3控制器模块

3.3.1控制器总体流程

3.3.2读操作数

3.3.3控制指令执行

3.3.4写操作数

3.4存储控制器模块

3.4.1实现思想

3.4.2接口方式

3.5中断控制器

3.5.1中断信号采集

3.5.2中断锁存

3.5.3中断处理

3.6小结

第四章SD-870汇编软件的设计实现

4.1 SD-870指令集分析

4.1.1交换传送类指令

4.1.2计算类指令

4.1.3程序控制类指令

4.1.4特殊指令

4.2 SD-870汇编语言规则约定

4.2.1寄存器

4.2.2寻址方式

4.3.3语法规则

4.4 SD-870汇编软件结构设计

4.4.1模块划分

4.4.2数据结构

4.5 SD-870汇编软件的实现

4.5.1一遍扫描算法的实现

4.5.2符号表的处理

4.5.3词法分析的实现

4.5.4语法分析的实现

4.5.5汇编软件窗体设计

4.6小结

第五章测试与应用

5.1 SD-870嵌入式处理器的测试

5.1.1单个模块的软件仿真

5.1.2整体功能测试

5.2 SD-870汇编软件测试

5.3系统的应用

5.4小结

第六章总结与展望

附录一

参考文献

作者在攻读学位期间公开发表的论文

作者在攻读学位期间所作的项目

致谢