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在过去的几十年中，电子工业飞速发展。集成电路制造工艺已经通过了深亚微米极限，使得IC设计者可以在单个芯片上集成上千万个晶体管，集成电路进入了片上系统(SOC)王国。IP核的设计也就越来越受到理论界和工业界的关注，而MCS—51单片机芯片应用非常广泛，同时掌握MCU设计技术也非常重要。因此，本论文对MCS—51单片机芯片进行了反向解剖和正向设计的研究。 本论文的目的是设计MCS—51单片机芯片，主要工作和取得的成果如下： ①对MCS—51单片机进行分析研究，包括MCS—51单片机工作原理、指令系统、时序分析、特征提取等。并在此基础上完成反向解剖和正向设计MCS—51芯片。 ②对MCS—5l单片机进行反向解剖，根据解剖芯片的照片提取电路图，并利用L-Edit完成版图设计。版图设计过程中要进行设计规则检查、电气规则检查等。完成逻辑图划分、整理功能块以及版图与逻辑图一致性验证后，进行硬核仿真，以便于确保芯片功能完全正确。 ③对MCS—51单片机进行正向设计，包括系统划分、编写代码、RTL级仿真与综合、门级仿真等。在设计的不同阶段分别使用了Cadence、Modelsim、Synplify6.0、MaxplusⅡ10.0等EDA工具。同时基于MCS-51单片机的反向解剖讨论了优化正向设计，减少综合后门数的设计方法。 总之，通过反向解剖和正向设计，我们得到一个即将投入市场的MCS—51单片机芯片，初步实现一个可以重复使用的硬核和软核模块。