现代电子技术的飞速发展使得SOC(system-on-chip)成为IC(Integrated Circuit)设计的必然趋势和主流。IP(IntellectualProperty)核复用技术由于能大大提高SOC开发效率并降低设计成本逐渐成为一种主流的设计方法。而八位微处理器己经成为IP库中的重要成员,其嵌入式结构正是SOC的一种重要实现技术和方法。本论文致力于一款与台湾义隆公司的EM78系列单片机指令系统兼容的MCU(Micro Controller Unit)核的设计,为将来开发具有特殊用途的集成电路以及实现系统集成奠定坚实的基础。本论文首先从正向设计的角度,对EM78微控制器中的CPU(CentralProcessing Unit)单元建立了一个Verilog硬件语言描述的IP模型。该模型的主要特点是采用哈佛体系结构和指令流水线操作。采用RISC(ReducedInstruction Set Computing)结构的精简指令集,其指令长度为固定13位,一共57条指令,绝大部分为单周期指令,在设计中采用2级流水。这个IP模型主要由算逻运算模块、PC指针模块、时钟产生模块、译码模块、取数、回写和存储器等8大模块组成。论文中详细介绍了各个子模块的设计和仿真验证。在完成子模块的设计后,对整个设计的模型进行了功能仿真,仿真结果正确符合设计初衷。但是由于整个正向设计采用了简化的措施,相比于实际的电路还存在较大的差距。为了尽快完成整个MCU核的开发,赶上国际先进水平,需要借鉴和吸收国外成功的设计经验,否则芯片的面积和性能很难做到最优,因此我们决定通过正向和逆向结合的方法来设计该微控制器。所以又从逆向设计的角度,深入研究了EM78微控制器芯片中处理器的电路结构的实现;对从版图中提取的电路进行了按模块划分的详细分析,并最后综合起来进行了FPGA的验证,我们通过一些应用程序验证了电路的正确性。