8位RISC微控制器超大规模集成电路的分析与设计

摘要

微控制器的发展已经有二十多年,从8位发展到了16位、32位、64位,已经开发出很多的品种,但是国内市场基本上是国外品牌的天下,我们必须开发有自主知识产权的微控制器.为了尽快赶上国际先进水平,我们需要借鉴和吸收国外成功的设计经验,否则,芯片的面积和性能很难做到最优,因此VLSI设计中心决定通过正向和逆向结合的方法来设计微控制器.该课题的研究目的是开发与PIC中档微控制器的兼容微控制器.该文作者及其研究小组在一年多的时间里,从版图的电路提取,电路整理,电路分析到电路的设计和仿真,做了大量的工作,深入的分析了PIC16C73B的组成结构和工作原理,完全的破译了PICmicro的指令系统,把握了微控制器的设计思想,设计出了与PIC中档微控制器兼容的微控制器,为开发自我知识产权的微控制器奠定了坚实的基础.该文先简要介绍了计算机指令系统的发展,然后深入分析了微控制器的组成架构以及指令的两级流水,接着详细论述了的各个功能模块的工作原理和电路的设计考虑,通过算术逻辑单元ALU的深入分析来探究了每条指令在MCU中执行情况.为了扩展系统,第五章专门讨论了中断模块的设计和验证.最后通过一个乘法程序的仿真来验证了整个MCU的设计.仿真工具用的是ViewLogic公司的Workview Office 7.5.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1集成电路的发展历程

1.3国内微控制器的发展和使命

1.4 MCU的市场和应用

1.5本课题所作的主要工作

第二章指令系统

2.1指令系统概述

2.2精简指令系统RISC

2.2.1指令系统的发展和精简指令系统思想的提出

2.2.2 RISC的定义和特点

2.2.3减少平均执行周期数是RISC思想的精华

2.3 PIC系列微控制器的指令系统

2.3.1数据类型

2.3.2指令类型

2.3.3寻址方式

2.3.4指令格式

2.3.5指令集

第三章微控制器的内部结构

3.1微控制器的硬件结构特点

3.2微控制器的架构

3.2.1概述

3.2.2时序图和指令周期

3.3 MCU存储器的组织结构

3.3.1程序存储器的结构

3.3.2数据存储器的结构

第四章MCU核模块电路的设计

4.1时钟产生电路模块(Phrase Clock)

4.2指令寄存器IR(Instruction Register)

4.3程序计数器PC(Program Counter)

4.4堆栈(STACK)

4.5指令译码器(Instruction Decoder)

4.6算术逻辑单元ALU

4.6.1位操作指令

4.6.2算术运算指令

4.6.3逻辑运算指令

4.6.4寄存器字操作指令

4.6.5移位运算指令

4.6.6转移运算指令和返回操作指令

4.7数据存储器RAM

4.8定时器/计数器TMR0和监视定时器WDT

4.9 I/O端口

第五章MCU的中断系统

5.1概述

5.2中断源

5.3中断相关的寄存器

5.4中断电路的设计

5.5中断电路的仿真验证

第六章MCU核的验证

第七章总结

参考文献

致 谢