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一种兼容MCS-51指令集的单片机内核的设计与验证
资料介绍
本文重点设计了一款兼容MCS-51指令集系统的51内核,它包括微处理器和中断系统两部分。本设计在功能上可完成111条指令的逻辑功能以及22个中断源的中断仲裁。
在微处理器设计方面,将CISC指令集系统微处理器设计技术与RISC系统微处理器架构设计技术相融合,提出了一种多周期指令和流水线技术相结合的方法,并设计了一款流水线实现的CISC指令集架构的微处理器。本设计分为三级流水线,包括取指级、译码级和执行级,取指级和译码级完成将指令码取出并对其译码的功能,执行级在一个时钟周期内完成取操作数、运算和写回三步操作,避免了数据冲突问题。运算单元的处理上采用了不恢复余数算法的除法器,提高计算速度。在中断系统的设计上,对22个中断源的中断仲裁采取分组并行、三级串行的仲裁电路。
本文还搭建了针对内核的验证平台,对51指令集进行了功能验证,对流水线冲突等问题做了焦点验证,同时随机生成中断源对中断系统的进行了相应的功能验证。最后在SMIC0.13μm工艺下对设计进行了逻辑综合,其频率可达100MHz,面积为18.5万μm2。
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