兼容51指令的8位mcu ip core开发

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1、兼容51指令的8位MCUIPCORE开发摘要当前，在微电子领域正在发生一场前所未有的变革．这场变革是由片上系统(SOC)技术的研究发展引起的，从技术层面看SOC技术是超大规模集成电路发展的必然趋势和产物。它以超深亚微米VDSM(VeryDeepSubmicron)工艺和知识产权IP核复用技术为支撑。在众多的IP核中，MCU(微控制器)核以其在SOC中嵌入后，能充分发挥其处理灵活、软件可升级、硬件开销少的特点，成为SOC最具研究价值的lP核。INTEL公司的MCS-51系歹UMCU是目前国内使用时间最长、架构最经典，应用最广的8位MCU。本文设计了一个可用于SOC系统Ij{]MCU核。此核指

2、令集完全兼容于MCS一51系列的微控制器，核内包含一个8位B(]CPU，两个16位的定时／计数器，一个UART，4组8位的并行l0121以及256BYTEIj(TRAM，数据总线和指令总线相分离的哈佛总线结构使片外RAM和ROM分别可以扩展到64KB。此lP核在设计过程中，ALU单元采用纯组合逻辑实现，按照所实现的算术和逻辑运算指令，分为加／减模块，乘法模块，除法模块，十进制调整模块，逻辑运算模块，以及多路选择模块。控制单元采用新的PLA硬布线逻辑代替微程序控制逻辑。指令状态机采用全新的指令时序以及指令实现方式，并且状态机的组合逻辑和时序逻辑分开设计以此来提高状态机效率。IPCORE的各个

3、模块都采用VHDL硬件描述语言进行设计，具有较好的移植性。各个模块单元以及整合后的CORE在MENTOR公司的MODELSIM软件中通过了RTL级功能仿真。在SYNOPSYS的DC中通过了综合测试，并且在XILINX公司的Virtex-4SX系列35器件的仿真板上通过了硬件验证。从软件验证仿真以及硬件测试的结果可以看出，本设计的IPCORE最高时钟频率可以达到25．36MHZ，综合后的面积适中，所以完全可以做为控制核集成在SOC芯片中。关键词：微控制器：知识产权：硬件描述语言：片上系统IITHEDEVELOPMENTOFAN8一BITMCUIPCORECOMPATIBLEWITH51．R～

4、MILYMCUINSTRUCTIONSETABSTRACTNowadays，allunheard．oftransformationoccursinmicro-electronicsfield，whichiscausedbythereseachanddevelopmentofSoCtechnology．Fromtechniquelevel。SoCtechnique，whichissupportedbytheVDSM(vcrydeepsubmicron)technologyandtheIP(intelligentproperty)multiplexingtechnique，willbethem

5、ainstreamandinevitabletrendforthedevelopmentofverylargeintegrationcircuit．Becauseofitsflexiblemanagement，upgradablesoftwareandsmallspendingofthehardware，aMCUIPcorehasbecomeoneofthemostattractiveandimportantcoreinnumerousIPcoresforSoCchips．IntelMCS．51isthemostpopularanddurable8一bitMCU、航ththemostcla

6、ssicalarchitectureathome．Inthisthesis，aMCUIPcorewhichCanbeusedinSoCisdeveloped．ThecoreiscompletelycompatiblewiththeMCS一51familymicrocontrollerinstructionset．Itconsistsofan8-bitCPU．two16．bittimers／counters，aUART，fourgroupsof8一bitparallelportsand256bytesofRAM．Harvardarchitecture，inwhichthedatabusiSs

7、eparatedfromtheprogrambus，isadopted，thereforeitsexteriorRAMandROMcallbeextendedto64KB．IntheIPcore，theALUwhichexecutesarithmeticandlogicoperatiOIlSiScomposedofthepurecombinationlogiccircuits．Itincludesadd／subopera