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高性能嵌入式MCU内核设计与功能扩展

更新时间：2020-03-14 14:06:54 大小：5M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：嵌入式mcu 下载积分：3分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

随着信息技术的发展，作为嵌入式系统的核心，微处理器以其灵活，功能强大等优势，已广泛应用在信息技术的各个领域。无论是家电产品和数字信号处理领域，还是卫星发射导弹制导都离不开微处理器。嵌入式微控制器的典型代表是8051单片机，这种8位（8根数据线，8位指令）的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。

  本课题的内容是在研究与理解传统80C51核的基础上，通过引入流水线架构，对程序控制器进行硬布线改造，并扩展外围功能接口，设计实现一款高性能嵌入式MCUHD8051。该MCU芯片内部集成只读存储器(FlashROM)、随机存储器(RAM)、定时/计数器(Timer/counter)、I/O(input/output)、串行口(UART)、乘累加(MAC)及I2C控制器等各种必要功能和外设。

  本文详细阐述了HD8051单时钟/机器周期的指令流水的实现方式，并对内核中控制单元、算数逻辑运算单元、定时器单元、串口传输单元、端口单元、存储器寄存器控制单元及外围扩展功能接口乘累加器、I2C的设计实现均做了详尽的阐述。本文使用verilog语言对各功能单元与外围接口进行RTL描述。在完成设计后，通过modelsim对各功能单元与接口进行仿真验证，仿真结果表明，所设计的MCU的各功能模块的功能时序达到了设计要求，乘累加单元MAC的片内集成使得MCU很好地满足了现今控制领域对高速数字信号的处理的迫切需求，同时I2C控制器的引入丰富了MCU的应用领域，通过扩展此类功能接口也很好地体现出单片机向SOC过渡的发展趋势。通过FPGA验证，与传统12个周期的80C51内核比较，在相同时钟频率下单周期指令运行效率为原来的12倍;整个指令集平均运行效率为原来8051的8倍左右，使8051兼容机系列进入了8位高速单片机行列。

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