关键词:
微控制器
软核
自顶向下设计
寄存器传输级
指令系统
摘要:
作为集成电路设计企业,从传统设计方法到硬件描述语言的设计方法的转换,已势在必行。特别是结合实际工作项目,建立自己的IP库,不断创新,加快开发力度,才能立足于竞争日益激烈的IC设计行业。本课题的研究与实践将有助于本公司建立在MCU方面自己的软核。在此基础上延伸公司的产品。作为传统集成电路设计企业,缺少先进设计方法的技术基础和雄厚资金,能够建立自己Top-down的设计流程,完成产品设计都是需要循序渐进的。本论文以此为基础,把此款MCU软核应用到红外遥控发射系列电路的开发。此软核经过了FPGA验证,并且完成了红外遥控发射电路的样品开发,经过了硅验证,目前处于出样阶段。带领团队逐步建立了自己的Top-Down设计流程,并且继续开发出了8位的MCU软核,也应用到实际电路中。
此微控制器设计的指令系统具有68条操作指令,是四位微处理器mcu的软核,可以完成数据传送、数据操作、逻辑运算、判断比较、跳转、查表和调用子程序等微操作。提供两种工作方式的定时器。在整个设计过程中,首先制定了MCU的设计规范,定义了设计构架和划分了子模块,对内部寄存器进行了定义;其次分析了指令表,合理设计了指令执行的状态机;然后完成序列状态机模块、数据通道模块、总线控制模块、定时器模块等各个模块的Verilog编码设计;软件人员开发了遥控发射电路的程序,其后经过了完全自检测验证和FPGA原型验证。
本设计的关键点为指令执行状态级的设计,每个指令周期包括8个机器时钟周期,由取指、译指、执指、RAM读、寄存器写、RAM写等组成;双周期或三周期指令操作时,操作状态保存在操作数时执行。另外重点设计了状态机和寄存器时序,多字节多周期指令操作的时序设计也很关键,特别是跳转指令操作与跳转多字节多周期指令操作需要着重加以设计。
在完成整个MCU编码设计的同时,本论文在一些通用流程的基础上,结合各大设计工具公司的设计工具,根据现有特点,建立了Top-down设计开发流程,制定了内部设计编码参考规范。