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重点论文网    工科论文    电子信息论文    MC8051 IP 核的开发
创建时间:04-07

MC8051 IP 核的开发

摘要:嵌入式微处理器具有广泛的应用前景,特别是随着信息技术的发展,信息安全性和可靠性正逐步受到人们的重视。在FPGA的可用门和性能对高档功能的支持中,IP Core的价值正在充分展现。IP已成为有效地进行大规模设计和缩短设计时间的基础。     随着信息技术的飞速发展,系统级芯片SOC成为集成电路发展的主流。本文详细介绍了8051单片机的结构及应用情况,以及利用硬件描述语言进行设计的的方法,通过对8051体系结构和指令执行的分析将整个单片机划分为各个功能模块,并阐明各个模块内部实现的设计过程,最后对设计进行综合和验证工作,给出了仿真验证数据、时序图。
本文所设计的MCU IP软核采用VHDL语言编写,可读性好,易于扩展使用,易于升级,更利于软核的移植,非常适于基于IP核复用技术的SOC设计。采用各种EDA工具对整个微控制器内核进行了较完整的软件仿真验证。验证结果表明:所设计的微处理器核在最高时钟频率和最高指令执行速度方面均优于传统典型微控制器MCS-8051内核的3倍以上。
关键词:IP核;微控制器;数据通路;控制通路;FPGA

 
MC8051 IP nucleus development
Abstract:The embedded microprocessor has the widespread application prospect, specially along with the information technology development,the information security and the reliability is being valued people's gradually.In the FPGA available gate and the performance to the upscale function support in,the IP Core value are unfolding fully.IP has become carries on effectively designs and reduces the design time massively the foundation.
With the rapid development of the Information Technology,SOC has become the main direction for the ASIC.The present paper introduced in detail 8051 monolithic integrated circuit structures and the application situation,as well as carries on the design using the hardware description language the method,through divides to 8051 system structures and the instruction execution analysis the entire monolithic integrated circuit into each function module,and expounded each module interior realization design process, finally to designs carries on the synthesis and the confirmation work,has given the simulation confirmation data,the succession chart.
The designed MCU IP soft core which is written by VHDL has many outstanding traits and favors the SOC design based on IP duplicate technology.Various EDA tools are used to verify the whole Micro-Controller core.It is shown that the MCU core's maximum clock frequency and instruction execution speed are three times higher than traditional MCS-51 core.
KeyWords:IP Core;Micro-Controller;data-path;control-path;
Field Programming Gate Array

目 录
摘要    I
Abstract    II
第1章  绪论    1
1.1 课题研究的背景    1
1.2 SOC与IP技术    1
1.2.1 SOC技术    1
1.2.2 IP技术    1
1.3 MCU的特点及发展现状    2
1.3.1 MCU的特点    2
1.3.2 MCU的发展现状    3
1.4 课题意义、工作内容    3
1.4.1 课题工作的意义    3
1.4.2 课题工作内容    4
第2章  MC-8051结构及FPGA原理、设计与应用    5
2.1 MC-8051的应用及结构    5
2.1.1 MC-8051在电子设计中的应用    5
2.1.2 MC-8051单片机系统结构    6
2.2 FPGA的结构特点    7
2.3 FPGA的设计    7
2.3.1 设计输入    8
2.3.2 设计实现    9
2.3.3 设计验证    10
2.4 FPGA发展及其应用前景    10
2.4.1 FPGA的发展    10
2.4.2 FPGA的应用前景    11
2.5 本章小结    11
第3章  MCU IP核总体结构设计    12
3.1 常用八位微控制器的应用分析    12
3.2 对现有MCU的改进    12
3.3 所设计MCU IP核的特点    13
3.4 MCU IP核结构设计    14
3.4.1 MCU IP核结构的层次划分    15
3.4.2 MCU IP核总体结构设计    16
3.5 MCU IP核设计流程与工具    16
3.5.1 自顶向下的设计方法    16
3.5.2 MCU IP核设计流程    17
3.5.3 MCU IP核的设计工具    17
3.6 本章小结    17
第4章  基于FPGA的MCU IP核数据通路设计    18
4.1 ALU的设计    18
4.1.1 加/减运算模块的设计    19
4.1.2 乘法运算模块的设计    20
4.1.3 除法运算模块的设计    21
4.1.4 十进制调整指令(DA)的设计    21
4.1.5 逻辑模块的设计    22
4.1.6 布尔运算的设计    22
4.2 存储器与特殊功能寄存器设计    23
4.2.1 存储器(ROM/RAM)设计    23
4.2.2 特殊功能寄存器设计    26
4.3 本章小结    27
第5章 基于FPGA的MCU IP核控制通路设计    29
5.1 指令系统分析    29
5.1.1 指令格式    29
5.1.2 寻址方式    30
5.1.3 指令操作码编码分析    31
5.1.4 指令执行的基本流程    32
5.2 指令译码器设计    33
5.3 时序设计    34
5.4 控制器模块设计    35
5.4.1 控制器设计方法    36
5.4.2 控制器有限状态机设计    37
5.5 本章小结    40
第6章  MCU IP核的综合、仿真验证和性能分析    41
6.1 MCU IP核的综合    41
6.1.1 综合的步骤    41
6.1.2 综合的约束条件    42
6.1.3 综合的结果    43
6.2 MCU IP核的仿真验证    45
6.2.1 仿真验证方法    46
6.2.2 全指令集测试    48
6.2.3 仿真验证小结    48
6.3 MCU IP核的性能分析    49
6.4 MCU IP 核的扩展    49
6.4.1 定时/计数和中断控制功能    49
6.5 本章小结    51
结束语    52
参考文献    54
致 谢    55
附 录    56
 

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