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汽车电子产业的迅猛发展和消费电子领域的持续增长对MCU形成了巨大需求,8位MCU虽然面向低端应用,但仍占据着MCU的大部分市场。由于应用领域的不断变化,低功耗,低成本,专用型MCU越来越受到人们青睐。MCU的设计方法涉及到系统级IC设计技术,设计领域包括微处理器核、总线、外设和一些模拟模块。本论文针对低成本、低功耗的要求,参考HT82K68A-L体系结构,完成了一个8位MCU RTL设计,并用FPGA进行设计实现。
本文先介绍了IC的发展概况和IC系统设计技术,然后过渡到MCU的介绍,包括定义、市场分析和发展。第二章介绍了基本的计算机体系结构,给出了采用何种体系结构的理由。第三章是本文的重点,在分析一般微处理器设计方法的基础上,实现了一个低成本,低功耗的微处理器设计。低成本体现在电路设计结构上,主要采用资源共享的设计方法。低功耗主要体现在门控时钟,外设和微处理器核采用不同时钟,休H民模式,流水线等方面。控制部分采用逻辑复杂的硬布线设计,提高了微处理器性能,节约了面积。第四章是MCU外设设计,同时规划了所有寄存器和数据存储器的地址。外设的特色主要体现在I/O端口上,I/O功能的复用可为MCU节约大量的PAD资源,这也体现了低成本的设计思路。第五章包括验证和按键应用开发。介绍了具体的验证计划和某些模块的验证方法。虽然做了大量的验证工作,但是MCU是一个比较复杂的系统,因此,基于FPGA的按键应用开发也可以算作是进一步的验证。第六章给出了论文的总结和进一步工作展望,希望MCU的设计成果能够得到巩固,并进一步开发功能。