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8位RISC微处理器的设计

作　者: 张海勇
导　师: 秦水介
学　校: 贵州大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: RISC MPU 哈佛结构 Verilog HDL 乘法器仿真
分类号: TP332
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

8位微处理器是应用广泛的一类微处理器,而精简指令集(RISC)与以往的复杂指令集(CISC)相比,不仅简化了指令系统,而且是通过简化指令系统使计算机的结构更加简单合理,缩短了处理每条指令的周期,从而提高了运算速度。但目前市场上8位微处理器的主流产品仍然是国外的,所以我国应开发出更多具有自主知识产权的MCU产品。基于此基础上,本文对微处理器的设计做了有益的尝试。本文通过对微处理器的体系结构、主要模块的内部结构,以及微处理器的工作原理的研究。完成了一款8位微处理器的设计及仿真验证,所设计的微处理器在指令上与EM78P153S相兼容,该指令集为精简指令集(RISC),包含56条指令,结构上采用哈佛结构。实现上主要采用自顶向下的设计方法,用硬件描述语言Verilog HDL完成了所有功能模块的RTL级描述,通过ModelSim SE对代码进行仿真来验证其功能的正确性,并用Synplify对RTL级代码进行综合。本文的创新之处是对数据通道的关键模块ALU中乘法器的设计,采用一种新的树型结构,有效的降低了传统华莱士树型结构的延迟,使延时降低了8%,从而提高了运行速度。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题研究的背景  7-8
  1.2 国外微处理器的研究现状  8-9
  1.3 国内微处理器的研究现状  9-11
  1.4 课题的目的和意义  11
  1.5 课题的内容  11-12
第二章 RSIC MPU的体系结构与指令集分析  12-27
  2.1 MPU的体系结构  12-20
    2.1.1 通用寄存器  14-15
    2.1.2 特殊功能寄存器  15-20
  2.2 RISC MPU的时序设计  20-22
  2.3 指令集  22-27
    2.3.1 指令类型  22-23
    2.3.2 寻址方式  23-24
    2.3.3 指令格式  24-27
第三章 RISC结构的MPU的模块设计  27-62
  3.1 指令寄存器  27-30
  3.2 指令译码单元(IDEC)  30-34
    3.2.1 指令译码器的工作原理  30-32
    3.2.2 指令译码器的结构  32-33
    3.2.3 指令译码模块的仿真  33-34
  3.3 算术逻辑单元(ALU)  34-43
    3.3.1 ALU模块的项层框图  35-36
    3.3.2 ALU单元的电路结构  36
    3.3.3 乘法器的设计  36-42
    3.3.4 ALU模块的仿真验证  42-43
  3.4 I/O端口电路  43-46
  3.5 PC和堆栈  46-49
  3.6 定时器、计数器TMRO和WDT  49-53
  3.7 复位模块  53-55
  3.8 程序存储器(ROM)  55-56
  3.9 数据存储器RAM  56-57
  3.10 中断控制电路  57-62
    3.10.1 中断源  57
    3.10.2 中断允许控制  57-59
    3.10.3 中断程序  59-62
第四章 RISC MPU的性能分析  62-64
第五章结论  64-65
致谢  65-66
主要参考文献  66-68
附录  68-78
攻读硕士期间发表研究论文  78-79

8位RISC微处理器的设计

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