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一种8位MCU设计
资料介绍
目前8位RISC内核的MCU在工业控制领域应用非常的广泛。同时MCU也在向着低功耗、高速度和低成本等方向发展，满足各种应用需求。
本文重点设计一款8位的RISC指令集的MCU。整个MCU包括内核与外设两部分。内核可以支持59条指令的逻辑功能，外设部分主要由两个定时器系统和五个中断源的中断裁决系统组成。在微处理器设计方面，借鉴了CISC的部分设计思路，实现了指令集中部分双周期RISC指令的设计。本设计分为两级流水线，包含取指令和指令的执行两部分。指令的执行由指令译码、取操作数、ALU执行和数据写回四个部分组成。ALU模块的设计借用了SN74181的设计思想，使得整个电路的速度和面积都得到了优化。提出既可读写又同时参与每条指令执行的特殊寄存器PC和PFLAG的独特设计思路。
本文也搭建了系统的MCU验证平台。首先对每条指令所有可能执行的情况进行了详细的分析并验证该情况下指令执行的正确性。然后为了检测指令组合运行可能存在的冲突问题，提供了6组C程序验证。每组C程序的覆盖率都达到85％以上。根据指令的操作码特点和整个寻址空间的大小，设计了随机验证平台，随机产生三组验证代码，每组的覆盖率都在90％以上。随机验证的正确性根据MODELSIM平台和硬件仿真器平台执行结果的对比来判断。为了检测设计的可综合性以及时序性，部分程序选择在SPARTAN-3E型号的FPGA平台上验证，该型号FPGA自带50M的时钟。经过大量的各种类型的验证最后得到一款运行可靠的MCU。
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