高性能微控制器(MCU)是许多数字系统的核心部件，已经随着各种电子产品渗透到人类生活的各个方面。SDZX-MV-01 MCU是上海大学微电子中心自主开发的一款高性能8位微控制器产品，该MCU与标准8051系列MCU的指令集和外部引脚完全兼容。作为“机器视觉及其芯片实现研究”课题的一部分，SDZX-MV-01 MCU被用来对图像数据的处理过程进行控制，因此具有许多标准8051系列MCU所不具备的增强功能，包括扩展的16M程序寻址空间，扩展的堆栈跟踪区域，以及多达8个的外部中断等等。 为了更好地推广和应用SDZX-MV-01 MCU，本文为该MCU集成了片上的调试和动态跟踪功能，从而为基于SDZX-MV-01 MCU的嵌入式系统的应用和开发提供了强有力的工具和手段。 基于SDZX-MV-01 MCU的片上动态跟踪系统通过一个片上的动态跟踪模块OCD，可以实时监控MCU的运行过程，并且在这个过程中实时检测调试者所预先设置的若干观察点。只要检测到任意一个观察点，OCT模块就会立即将该观察点处调试者所选择的那些MCU内部寄存器的信息串行输出到上位机的调试软件，因此调试者就可以根据这些实时跟踪得到的数据来分析MCU的运行状况和运行轨迹。在动态跟踪数据串行输出完毕之后，OCT模块会自动恢复MCU的运行，直到检测到下一个观察点，然后再重复上面的过程。本文所实现的片上动态跟踪系统不需要一个额外的片上数据存储器来存储动态跟踪所得的大量数据，而是借助少量的寄存器即完成了动态跟踪数据的暂存要求。 本文在Altera公司的FPGA开发平台上，对基于SDZX-MV-01 MCU的片上动态跟踪调试系统进行了FPGA硬件功能验证。验证的结果表明，该片上动态跟踪调试系统可以实现对MCU的运行过程的准实时动态跟踪。 基于SDZX-MV-01 MCU的片上调试系统通过一个片上的调试模块OCD，可以实现对MCU的运行过程进行单步调试、全速运行、设置硬件断点等调试操作，还可以随时查看或者修改MCU的片内/片外数据存储区域的内容，从而为调试者提供了访问MCU运行时的内部状态以及控制MCU运行过程的方法和途径。 本文对MCU体系结构与数字系统硬件电路的设计理论都进行了深入的研究与实践。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，以及在验证过程中发现的问题和解决方法都具有实际的科研价值和实用意义。