高性能嵌入式MCU内核设计与功能扩展.rar

设计一种单时钟/机器周期的MCU是极具挑战性的,是MCU体系结构、数字电路设计与理论、MCU应用系统的综合运用.本文提出的设计思想、设计方法、运用的手段和工具、给出的实际硬件实现,对MCU系统的研究与开发具有实际的科研价值和实用意义,有一定的创新性,作为嵌入式系统的控制单元具有广阔的应用前景.本文对51单片机指令系统进行了分析,提出了单时钟/机器周期指令体系结构的Y8051 MCU,在时序上采用指令预取结构和双相正负相反的时钟实现其单时钟/机器周期的指令时序.采用硬布线逻辑控制器、全组合逻辑电路的并行执行结构ALU、独立的乘法除法运算模块、14个中断源的中断逻辑系统实现了Y8051高性能CPU.采用改进的单总线结构总线系统和双端口SRAM实现内部数据存储器的读写,极大地提高内部系统总线的速度,实现单时钟内的数据读写操作;提出并实现了16M外部数据存储器寻址的实现思想和硬件结构.为了提高系统可靠性,提出了有一定独创性的可编程的两种刷新功能的、两级计数器结构的WDT思想,并给予硬件实现.WDT的两种刷新分为程序刷新和自动刷新.通过芯片设计方法学和验证角度探讨和给出了Y8051 MCU的设计、验证和综合,并在RE925皮肤测试仪、大屏幕显示系统两个应用系统中通过FPGA硬件验证,验证了Y8051单时钟/机器周期指令体系结构的正确性.最后总结了本文的工作,讨论了Y8051 MCU的意义和不足之处,为以后进一步研究提出了一些设想与展望.本文对MCU体系结构与数字系统硬件电路设计理论进行了深入的研究与实践,为机器视觉系统的SOC(System on chip)芯片的研发提供了一个坚实的基础,为以后进一步研究与设计拥有自主知识产权的高性能MCU核提供了理论与实践基础.

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