兼容6502微处理器IP开发与设计

论文摘要

随着系统集成技术的发展,系统级芯片SoC（System-on-Chip）应运而生,SoC的出现促进了集成电路的发展。随着片上集成能力的越来越强,设计的复杂度越来越高,SoC的设计方法和关键技术,对IC设计起到很大的推动作用。可重用IP（Intellectual Property）为SoC设计方法提供了一个有效的途径,可以缩短产品的设计周期,降低设计成本。本文的主要研究目标是开发一款面向智能电池系统的、兼容6502指令集的嵌入式微处理器IP核—Orca,并对其进行验证与综合。本文根据项目特定的功能需要对Orca嵌入式处理器体系结构进行设计。完成设计的过程中,将总体结构划为寄存器模块,程序计数器,取指令模块,译码模块,算术逻辑单元,回写模块和堆栈指针等单元,然后将6502的指令集和新的指令,以及所有的寻址方式作为设计规范要求,一起优化整个硬件系统的设计,优化之后的设计,既满足设计规范要求,又降低了设计的难度。本文针对Orca微处理器验证,设计了验证平台,采用软硬件协同验证的方法对Orca进行验证,使用编译器在软件层次来生成测试激励,然后通过软硬件接口送入硬件验证平台,达到了高效和靶向验证Orca微处理器的效果。同时软硬件协同验证的方法也便于对验证结果进行判断,软件设计的测试激励可以得到验证预期,然后将硬件平台的验证结果与验证预期进行比较,可以直观有效判断验证结果的正确性。根据反馈的结果,修改软件程序,产生更为合理和有效的激励,从而全面地对其验证。最后用Design Compiler对设计进行了逻辑综合,设计时序和面积的约束,分析综合之后的结果,能够得到Orca微处理器的面积等数据。验证和综合结果表明,Orca微处理器符合设计规范,速度可达到20MHz,在SMIC0.18工艺下面积约为1.7万门。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 SoC与IP技术
• 1.2.2 8 位微处理器发展
• 1.2.3 6502 简介
• 1.3 本论文的主要内容
• 1.4 本论文的结构安排
• 第2章 Orca微处理器体系结构
• 2.1 Orca体系结构
• 2.2 Orca指令集
• 2.3 Orca寻址方式
• 2.4 Orca微处理器存储器映射
• 2.5 本章小结
• 第3章 Orca微处理器的设计
• 3.1 Orca结构设计
• 3.2 寄存器组设计
• 3.3 程序计数器设计
• 3.4 取指模块设计
• 3.5 指令译码模块设计
• 3.6 算术逻辑单元设计
• 3.6.1 ALU功能设计
• 3.6.2 ALU模块设计
• 3.7 回写模块设计
• 3.8 堆栈指示器设计
• 3.9 本章小结
• 第4章 Orca微处理器验证与综合
• 4.1 验证平台设计
• 4.2 验证方案制定
• 4.2.1 测试激励生成
• 4.2.2 汇编测试程序编写
• 4.2.3 格式转换
• 4.3 验证流程
• 4.4 基本功能验证
• 4.5 验证结果与分析
• 4.6 Orca微处理器综合
• 4.6.1 综合策略及约束
• 4.6.2 综合结果
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录1
• 附录2
• 致谢