基于硬核复用的SoC微控制器设计及其应用研究

论文摘要

微控制器(Microcontroller)是指将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I/O接口集成到一块芯片上面的微型计算机,其应用范围几乎覆盖了人类生活的每个方面。随着现代半导体工艺特征尺寸的不断减小,芯片集成度不断地被提高,微控制器已经进入了SoC时代。本文工作旨在基于硬核复用的基础上,设计一款混合信号SoC微控制器芯片。片上集成了低功耗的微处理器核、高速高分辨率的A/D转换器、存储器等模块,并内置CMOS温度传感器,该芯片将主要应用于数据采集、过程控制、智能传感器等领域。论文的设计工作主要分为三个部分:第一,设计了SoC微控制器芯片的整体结构,并且基于Wishbone总线,设计了该SoC微控制器的片上总线实现方案,该方案有效地降低设计的复杂度,节约设计的成本;第二,针对硬核的工艺移植,提出了一种可自主实现的基于工艺设计工具包的硬核工艺移植流程,并根据该设计流程对八位微处理器硬核进行了工艺移植;第三,实现了外围数字模块的设计、仿真与综合,包括定时器/计数器,串行接收发送器、中断处理系统、存储器等电路模块。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 SoC微控制器的技术现状
• 1.3 关键技术问题及其研究进展
• 1.4 论文的研究工作
• 第二章 SoC微控制器的基本架构
• 2.1 概要
• 2.2 微处理器内核
• 2.2.1 控制器
• 2.2.2 算术逻辑单元
• 2.2.3 寄存器组
• 2.2.4 总线互连
• 2.2.5 指令系统
• 2.3 外围设备
• 2.3.1 存储器
• 2.3.2 I/O接口
• 2.3.3 定时/计数器
• 2.3.4 模拟外设
• 2.4 片上总线
• 2.5 本章小结
• 第三章 芯片的总体设计
• 3.1 总体设计要求
• 3.2 总体框图
• 3.3 设计方法
• 3.4 基于Wishbone思想的片上总线实现
• 3.5 功能模块的整合
• 3.5.1 A/D转换器
• 3.5.2 CMOS温度传感器
• 3.6 本章小结
• 第四章 微处理器核的工艺移植
• 4.1 工艺移植方案
• 4.2 工艺移植的关键步骤
• 4.2.1 电路功能验证
• 4.2.2 基于 PDK的版图生成
• 4.2.3 布线工程
• 4.2.4 版图验证与后仿真
• 4.3 本章小结
• 第五章 外围电路设计
• 5.1 定时/计数器
• 5.1.1 定时/计数器的工作原理
• 5.1.2 定时/计数器的设计
• 5.1.3 定时/计数器的仿真结果
• 5.2 串行接口
• 5.2.1 串行接口工作原理
• 5.2.2 串行接口电路的设计
• 5.2.3 串行接口电路的仿真
• 5.3 中断处理
• 5.3.1 中断处理的一般过程
• 5.3.2 中断处理模块的设计
• 5.3.3 中断处理模块的仿真
• 5.4 存储器
• 5.4.1 Memory Compiler
• 5.4.2 RAM的总体规划
• 5.4.3 利用Memory Compiler生成SRAM
• 5.5 本章小结
• 第六章 芯片工艺与版图设计
• 6.1 工艺简介
• 6.2 版图设计方法
• 6.2.1 全定制版图设计
• 6.2.2 基于标准单元的版图设计
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 设计展望
• 参考文献
• 本人硕士期间发表的文章
• 致谢