32位嵌入式微處理器控制單元的設(shè)計(jì).pdf

1、摘要凈4676；!本文設(shè)計(jì)了一個(gè)在指令級(jí)和功能上兼容于Intel80386EX的32位嵌入式微處理器的控制單元。在論文中，首先討論了此控制單元的基本原理，包括微程序式控制器、權(quán)限的監(jiān)測(cè)和保護(hù)這兩個(gè)主要部分。然后描述了具體的功能實(shí)現(xiàn)的過程，并用微程序逐一構(gòu)造了Intel80386所具有的300余條指令。在行為級(jí)和RTL級(jí)的電路描述都通過了嚴(yán)密的功能級(jí)仿真和測(cè)試后，又對(duì)微碼和線路進(jìn)行了優(yōu)化，使其在滿足速度要求的前提下，在整體功耗和面積上達(dá)到

2、更好的效果。最后用數(shù)模混合線路的仿真工具對(duì)整體電路進(jìn)行了時(shí)序級(jí)的仿真，確認(rèn)其在時(shí)序上也達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵詞：CISC微處理器，微程序式控制器，權(quán)限保護(hù)，全定制電路中國圖書館分類號(hào)：AbstractThepaperpresentsacontrolunitof32一bitembeddedmicroprocessorwhichfunctionandinstructionsetsarecompatiblewithIntel80386EX

3、First，wediscussthebasicprincipleofcontrolunitincludingtwomainpart：micro—programcontroller，thedetectionandprotectionofprivilegeAfterbothofthehardwaredescriptiononthebehaviorlevelandRTLlevelhaspassedthecriticalsimulationan

4、dverification，wetrytooptimizethemicrocodeandsomecircuitsInorderthatwecangetthebetterresultontheareaandpowerwhenitcanmeettherequirementonthespeedIntheend，weusethemixedsignalsimulatedEBbtoolstomakesurethatitcanalSOmeetoure

5、xpectedpurposeontimingKeywords：CISCmicroprocessor，micro～programcontroller，detectionandprotectionofprivilege，full—customedcircuit前言Hq看微處理器是電子計(jì)算機(jī)的心臟，是推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力源泉。自INTEL公司于1971年推出的第一個(gè)微處理器芯片4004起，伴隨著集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和半導(dǎo)體制造工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步

6、，30年來微處理器技術(shù)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的預(yù)料。近30年來，微處理器的發(fā)展一直按INTEL創(chuàng)始人之一摩爾提出的著名的摩爾定律發(fā)展。個(gè)人電腦微處理器平均每2至3年微處理器技術(shù)就進(jìn)步一代，經(jīng)歷了8086、80286、80386、80486乃至最新的微處理器PENTIUMIII，已集成了上千萬個(gè)晶體管，工作頻率超過16Hz，制造工藝也由刪oS工藝發(fā)展至013um銅布線cMos工藝。圍繞著微處理器形成的信息產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，更加成為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支

7、柱產(chǎn)業(yè)。目前，以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為現(xiàn)代化國家所有重要領(lǐng)域必需的基礎(chǔ)，無論是經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)管理還是國防建設(shè)，都離不開計(jì)算機(jī)。微處理器不斷的升級(jí)促進(jìn)了計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，但I(xiàn)NTEL公司出于市場(chǎng)策略的考慮，為迅速拉開與競爭對(duì)手的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，INTEL的微處理器淘汰速率也越來越快。許多基于較老型號(hào)微處理器設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，因?yàn)镮NTEL公司的停止供貨而不得不被追進(jìn)行更新，給整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用造成嚴(yán)重影響。另一方面，掌握了微處理器的

8、設(shè)計(jì)技術(shù)，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的內(nèi)嵌微處理器核心的單片系統(tǒng)，這對(duì)于提高整體應(yīng)用系統(tǒng)的性能具有巨大意義。因此擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能微處理器已是當(dāng)務(wù)之急。近年來，隨著國家對(duì)微電子制造和設(shè)計(jì)技術(shù)的重視和持續(xù)投入，我國的集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)有了長足進(jìn)步，目前在某些專用集成電路領(lǐng)域的設(shè)計(jì)技術(shù)水平已逐漸接近國外先進(jìn)技術(shù)水平，但在微處理器的設(shè)計(jì)方面，與國外相比仍存在較大差距。但隨著集成電路設(shè)計(jì)制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步，以及專用集成

9、電路設(shè)計(jì)的多年技術(shù)積累，已使我們有能力設(shè)計(jì)自主產(chǎn)權(quán)的高性能微處理器。本設(shè)計(jì)即是在這方面一個(gè)有益的嘗試。前言之后的部分將如下組織：第一章是概述部分。首先介紹了幾個(gè)基本的概念，如微處理器及其發(fā)展史、CISC與RISC微處理器的區(qū)別和嵌入式系統(tǒng)；然后描述了徽處理器的國際研究熱點(diǎn)和國內(nèi)研究的現(xiàn)狀；最后說明了本文的設(shè)計(jì)背景、預(yù)期目標(biāo)和所作的工作。第二章是基本原理部分。首先對(duì)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)藍(lán)本——Intel80386EX進(jìn)行了介紹。然后著重說明了控制