8位RISC架构MCU设计与实现

"一款8位RISC架构的MCU设计，由西安电子科技大学的耿乃康在其硕士学位论文中提出，导师为张玉明。该设计采用自顶向下的方法，具有自主知识产权，性价比高，可对外围电路进行不同配置。芯片包含32×8bit的SRAM和1k×13bit的ROM，支持休眠唤醒和看门狗复位功能，多个可编程I/O端口。设计使用Verilog HDL描述并经过FPGA验证，工作频率可达72MHz，最终在CSMC 0.5um工艺下完成芯片制造，后仿真工作频率为65MHz。关键词包括：MCU，RISC，CPU，FPGA。" 本文介绍的是一个关于8位单片机（MCU）芯片设计的学术研究，该研究出自西安电子科技大学微电子学与固体电子学专业的硕士研究生耿乃康之手，指导老师为张玉明教授。该论文的主题是一款基于精简指令集计算（RISC）架构的8位MCU设计，考虑到8位MCU的市场前景和RISC架构的高效性能，设计者采用了自顶向下的设计方法，利用先进的电子设计自动化（EDA）工具，旨在开发出一款拥有自主知识产权、性价比较高的8位MCU。 设计的这款8位RISC MCU具备哈佛架构，这意味着程序和数据存储在独立的内存中，通过各自的总线进行访问，这种架构有利于提高数据处理速度。其指令长度固定为13位，包含54条指令，大部分为单周期指令，简化了编程，同时减少了芯片面积的需求。此外，设计中还引入了两级流水线技术，进一步提升处理效率。 在硬件方面，该MCU集成了32×8位的静态随机存取存储器（SRAM）和1k×13位的只读存储器（ROM），提供了足够的存储空间。芯片还包括休眠唤醒功能，可以实现低功耗操作，以及看门狗复位功能，确保系统稳定运行。此外，它还配备了多个可编程输入/输出（I/O）端口，以适应不同用户的需求。 在设计过程中，使用Verilog HDL语言对系统进行了描述，并通过现场可编程门阵列（FPGA）进行验证，证明了整个系统可以在72MHz的频率下正常工作。最后，设计成果在0.5微米的互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺下进行了逻辑综合、布局布线和版图设计，经过后仿真，芯片的工作频率达到了65MHz。 该研究对整个MCU芯片的体系结构、指令集和主要模块设计进行了深入探讨，为8位RISC MCU的设计提供了一种新的实践方案，对于理解和改进这类微控制器的性能具有重要的参考价值。关键词涵盖了MCU设计的核心元素，如RISC架构、中央处理器（CPU）、FPGA，这些都是单片机设计和实现的关键技术。