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一款基于四级流水结构的8位MCU芯片XD2637的设计
资料介绍
MCU已经发展了三十多年,并随着超大规模集成电路的不断发展,MCU的性能得到了很大的提高,集成的功能也越来越多,使其应用也越来越广泛。MCU的发展在集成电路领域具有重要的意义,对MCU的研究本身也具有一定的挑战,本文基于一个科研项目的需要,设计了一个MCU芯片XD2637。
本文通过对MCU的结构、指令系统和流水线技术的深入研究与仔细分析,设计完成了一款8位的MCU。从提高系统性能的角度,本设计采用了哈佛体系结构、RISC指令系统和四级流水线结构。其中,MCU的指令采用兼容PIC系列单片机14位字长的35条指令集。另外,对流水结构中可能出现的数据冒险和控制冒险均进行了硬件消除。文章详细说明了AL U模块、译码模块、程序计数器控制模块、中断处理模块和存储器模块的实现。本文使用自顶向下的数字逻辑设计方法,采用Verilog硬件描述语言完成了设计。电路源代码使用Modelsim SE进行功能仿真,完成了所有指令的验证,以及一些特殊功能,如中断和间接寻址的验证。仿真的时序正常,结果正确。并且使用Altera公司的Cyclong II系列FPGA作为硬件验证平台,对MCU的源代码进行了硬件验证。
本文所设计的MCU虽然采用了PIC系列单片机的指令集,但由于四级流水结构的使用,提高了MCU的时钟频率及指令的吞吐量,从而提高了MCU的性能。本文所得到的研究结果对四级流水结构MCU流水线冒险的消除具有一定的参考价值。同时,由于本文MCU设计的灵活性,使得对MCU功能的扩展也很方便,具有一定的继承性。
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一款基于四级流水结构的8位MCU芯片XD2637的设计.pdf | 840K |
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