【摘 要】
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在即将到来的智能互联时代,“万物互联”的理念给微控制器的应用带来了宽广的想象空间,但同时也给微控制器的设计和研发带来了新的难题:一方面,物联网时代对芯片的数据计算、处理和传输能力的要求越来越高;另一方面,复杂而多样的应用场景又给芯片带来了低功耗、低成本的要求。目前市场上基于主流指令集进行研发的微控制器由于难度大,投入成本高,开发时间长等原因,在面对新形势下的市场环境已经显得力不从心。而第五代精简指
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在即将到来的智能互联时代,“万物互联”的理念给微控制器的应用带来了宽广的想象空间,但同时也给微控制器的设计和研发带来了新的难题:一方面,物联网时代对芯片的数据计算、处理和传输能力的要求越来越高;另一方面,复杂而多样的应用场景又给芯片带来了低功耗、低成本的要求。目前市场上基于主流指令集进行研发的微控制器由于难度大,投入成本高,开发时间长等原因,在面对新形势下的市场环境已经显得力不从心。而第五代精简指令集架构以其开源免费、开发难度低和综合性能强的特点,为物联网时代微控制器的研发注入了全新的思路和力量。本文所实现的微控制器采用了基于第五代精简指令集架构的内核,在对各模块进行实现的过程中充分利用和修改已有IP核,并强调软件平台和硬件平台的配合设计。AXI总线和APB总线则分别作为微控制器的高速总线和低速总线,分别挂载系统的高速模块和低速模块,使系统内各个速度不同的模块能够互联互通,起到串联整个系统的作用,并最终实现MCU系统的一体化。在完成了系统的架构设计之后,本设计又搭建了测试平台,对微控制器进行了测试与验证。首先验证了中央处理器的功能正确性,包括RISC-V基本指令的测试和运行高级语言程序的测试;其次是对各个外设模块的测试,根据每个模块的功能和时序特点编写了不同的测试程序,对微控制器中的SPI控制器、GPIO控制器等模块进行了仿真与测试,以确保各模块本身功能的正确性以及模块之间交互的正确性。最后,在完成所有设计和验证工作后,本文基于SMIC 130纳米制造工艺对微控制器进行了逻辑综合,并根据综合得到的网表文件对微控制器进行了物理设计,包括布局规划、标准单元的摆放、时钟树综合以及布线等步骤,最终得到了微控制器的版图并成功流片,为基于RISC-V指令集的微控制器系统设计与实现提供了良好的思路和现实的借鉴意义。
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