IP核复用技术是SOC设计的核心技术,可使芯片设计变得快捷,设计风险也大为降低。八位微控制器IP核是SOC设计中应用最广泛的一类嵌入式核。微控制器(MCU)是许多数字系统的核心部件,其控制复杂,对面积、功耗、运算速度、功能等方面都有很高的要求。设计拥有自主知识产权的高性能MCU一直是集成电路设计领域一个富有挑战性的课题。本文的研究正是对此做一次有益的尝试和实践。本文在对Microchip技术公司PIC18LF4550微控制器的系统架构、指令系统和时序机构进行深入研究的基础上,总结了微控制器的工作原理和设计方法。设计时将微控制器总体划分为控制通路和数据通路两个单元,并细化成各个子模块进行实现。本文改进了微控制器的时序结构,用单时钟替代四相时钟技术,采用二级流水结构,使指令执行周期缩短为单个时钟周期,从而使微控制器的指令处理速度提高到原来的四倍。微控制器按照自顶向下的层次化设计方法进行设计,采用VHDL硬件描述语言实现各模块的RTL级代码。整个系统在Altera公司的QuartusⅡ平台上实现,其功能与架构通过综合、布局布线和仿真等流程进行了验证和优化,最后使用全指令测试的方法对微控制器的指令运行效果进行了测试。