8位RISC
AVR单片机GCC编程
AVR单片机GCC编程类别：电子综合阅读：1921摘要:Atmel公司的AVR 8位RISC单片机是一种非常普通的单片机.它是一个具有电擦写可编程只读存储器(EEPROM),随机访问存储器(RAM),模数转换器,大量的输入和输出线路,计时器,RS-232通讯接口UART以及其他很多功能的单片集成电路.最好的莫过于在Linux下具有一个可供利用的完整编程环境:你可以采用GCC对这种单片机进行C语言编程.本文我将向你讲述如何安装和使用GCC.我也将向你讲述如何把软件载入单片机.你所需要的只是一块AT90S4433单片机,一个4MHZ的晶震,一些电缆和少量其它便宜的部件.这篇文章只是一个简单介绍.在以后的文章种我们将会制作一个具有少数按键的LCD显示屏,模数输入,硬件狗和一些LED.我们的想法是做一个普通的Linux服务器的控制面板,不过我们先要学习怎么配置编程环境,这也是本文的主要内容.软件安装:哪些是你所需要的采用GNU C语言开发环境你需要下列软件:binutils-2.11.2.tar.bz2可以从:ftp://rmatik.rwth-aachen.de/pub/gnu/binutils/或者ftp:///pub/GNU/binutils/下载gcc-core-3.0.3.tar.gz可以从: ftp://rmatik.rwt h-aachen.de/pub/gnu/gcc/或者ftp:///pub/GNU/gcc/下载avr-libc-20020106 .tar.gz这个AVR C语言库可以从: http://www.amelek.gda.pl/avr/libc/ 也可以从这个服务器下载:下载主页uisp-20011025.tar.gzAVR编程器可以从: http://www.amelek.gda.pl/avr/libc/ 也可以从这台服务器下载: 下载主页我们把所有这些程序安装到/usr/local/atmel下. 这是为了使这些程序和普通Linux C语言编译器分开. 用下面的命令建立这个目录: mkdir /usr/local/atmel 软件安装:GNU binutils这个binutils软件包提供建立目标文件所需要的所有低级工具.它包括一个AVR汇编器(avr-as),连接器(avr-ld),库处理工具(avr-ranlib,avr-ar),生成可载入单片机EEPROM目标文件的程序(avr-objcopy),反汇编器(avr-objdump)和象avr-strip和avr-size这类的工具软件.运行下列命令编译安装binutils: bunzip2 -c binutils-2.11.2.tar.bz2 tar xvf -cd binutils-2.11.2./configure --target=avr --prefix=/usr/local/atmelmakemake install添加/usr/local/atml/lib这行到/etc/ld.so.conf文件里面,运行/sbin/ldconfig命令重建连接器缓存. 软件安装:AVR GCC编译器avr-gcc将是我们的C语言编译器.运行下列命令编译安装这个编译器: tar zxvf gcc-core-3.0.3.tar.gzcd gcc-core-3.0.3./configure --target=avr --prefix=/usr/local/atmel --disable-nls --enable-language=cmakemake install软件安装:AVR C语言库这个C语言库仍在开发中.安装过程可能版本与版本之间有些细微的差别.如果你想照着本文一步一步做的话我推荐采用上表列出的版本.上表中的软件我已经做过测试了,本文中我们所写的程序和后面的文章中的程序都在上面这个版本上工作得很好. 设置一些环境变量(bas h语法):export CC=avr-gccexport AS=avr-asexport AR=avr-arexport RANLIB=avr-ranlibexport PATH=/usr/local/atmel/bin:${PATH}./configure --prefix=/usr/local/atmel/avr --target=avr --enable-languages=c --host=avrmakemake install软件安装:编程器这个编程器将指定的准备好的目标代码载入到我们单片机的EEPROM中.这个Linux下的uisp是一个非常好的编程器.可以直接用在Makefile里面.你只要添加"make loa d"规则,这样你就可以编译载入软件一次完成.uisp按照下面这样安装: tar zxvf uisp-20011025.tar.gzcd uisp-20011025/srcmakecp uisp /usr/local/atmel/bin一个小的测试工程我们将以一个小的测试电路开始.这个测试电路的目的仅仅是测试我们的开发环境.我们用它来编译,下载以及测试一个小程序.这个测试程序仅仅是引起LED闪烁.我建议给这个单片机弄一个小的印刷电路板.以后你就可以在这块电路板的区域做你自己的试验.一个好办法是用一个模拟板当作这个.你无论如何也不能尝试着把AVR和它的4MHZ晶震直接放在模拟板上.更好的办法是用少量的短线把输入和输出脚与模拟板相连,因为这样的模拟板不是为快速数字电路制作的. 4MHZ的晶震和电容器在物理上应该非常靠近单片机.在我们这个例子里编程器的连接器电阻实际上是不必要的.只有在你打算把port-B 输入输出脚用于其他目的时才需要. 需要的硬件你需要的部件列在下表中.所有的这些都非常普通,便宜,只是单片机贵点,大概7.5欧元.尽管它是非常普通的单片机,它也不是随便在那家当地的无线电商店就能买到的,象那些大的电子部件销售商例如:(www.reichelt.de(德国),www.conrad.de(德国),www.selectronic.fr(法国)等等........,可能在你的国家这些类似的站点)的仓库里才有全部的部件. 1 x AT90S4433, Atmel 8 位A VR RISC处理器. 2 x 14脚IC插槽或者1 x 28 脚7.5mm IC插槽这种28脚插槽要找到有点点困难,通常28脚插槽是14mm宽的,但是我们需要的是7.5mm的插槽. 1 x 10K 电阻(颜色代码: 棕,黑,橙)3 x 470 欧姆电阻(颜色代码:黄,紫,棕)1 x 1K 电阻(颜色代码: 棕,黑,红)1 x 220 欧姆电阻(颜色代码:红,红,棕)1 x 4MHZ 晶震2 x 27pf 陶电容用于编译器的任意种类的5脚插头/插座.我们通常买些连接器条,然后5个折成一段. 聚酯板.DB25] src="/2008file/tech/2008-2-10/021*******_8419_8.jpg" wi dth=136> 1 x DB25 连接器用于插到并口. 1 x LED 一块模拟板. 我们在这里不用,但是如果你想做将来的AVR实验这是非重有用的.我建议你把微控制器与晶震和电容集中在聚酯板上,然后通过短电缆把它们的输入/输出脚连接到模拟板.除开上面的这些,还需要提供一个稳定的5V直流电源,你也可以采用4.5V的电池作为电源供应. 安装编程器硬件AT90S4433支持在线编程(ISP).简单说就是:你没有必要为了给单片机编程而移动单片机模块.你会看到可以用50-150欧元买到做好的编程器硬件,但没有必要为一个编程器更多地投资.采用Linux,uisp软件和免费的并口你就可以建立起一个非常好的简单的AVR编程器,也就采用一根简单的电缆连接而已.编程器电缆的线必须符合下列要求:AVR端针脚并口端针脚SCK (19)Strobe (1)MISO (18)Busy (11)MOSI (17)D0 (2)Reset (1)Init (16)GNDGND (18)电缆长度不超过70cm. 写入软件在GCC的帮助下AT90S4433可以用一般的C语言编程. 了解一些AVR汇编很有用,但也不是非要不可.AVR C语言库的avr-libc-reference 讲述了libc的大部分函数. Harald Leitner写了一个关于如何使用AVR和GCC的带有大量有用的例子的文档(haraleit.pdf, 28 6Kb, 原作/AVRGCC/). 从Atmel公司的网页, (, 找到: avr pr oducts -> 8 bit risc-> Datasheets), 你可以下载完整的数据资料(复制到本地: avr4433.pdf, 2361Kb) . 它描述了所有的寄存器以及如何使用CPU.使用4433的时候有一点要注意的是它只有128字节的RAM和4K字节的EEPROM.这就意味着你不能定义大的数据结构和字符串.程序中不能采用深入的嵌套调用或者是递归调用. 就像写char string[90];这样一行就已经太大了. 一个整数是16bit,如果需要一个小的整数你可以采用unsigned char i; /* 0-255 */你将非常惊讶你的程序是多么大.它真是一个强大的处理器.理论不如实践,我们将写一个程序让我们的LED每隔0.5秒闪烁一次.虽然不是很有用不过也是一个非常好的开头,而且可以用来测试我们的开发环境和编程器. void main(void){/* enable PD5 as output */sbi(DDRD,PD5);while (1) {/* led on, pin=0 */cbi(PORTD,PD5);delay_ms(500);/* set output to 5V, LED off */sbi(PORTD,PD5);delay_ms(500);}}上面的例子可以看出用它写个程序是多么简单.你看到的仅仅是主程序,delay_ms函数包含在全部的清单(avrledtest.c)中. PD5脚用作输出的话,你必须在数据寄存器中为D端口(DDRD)设置PD5位.然后就能用cbi*(PORTD,PD5)函数给PD5设置0V电压(清除PD5)或者用sbi(PORT,PD5)设置5V电压(设置PD5)."PD5"值的定义包含在通过io.h包含的io4433.h中.你不用担心这点. 如果你曾经在象Linu x这样的多用户多任务系统下写过程序的话你就知道绝不要写一个非模块化的无穷的循环.这会浪费C PU时间,减慢系统速度.在AVR上就不一样了,我们没有多个任务,也没有其他程序在运行,这甚至不是一个操作系统,在这上面运用无穷循环显得很普遍. 编译和载入在开始之前确认一下PATH中包含了/u sr/local/atmel/bin路径,必要的话编辑你的.bash_profile或者.tcshrc,添加如下内容: export PATH=/usr/loc al/atmel/bin:${PATH} (for bash)setenv PATH /usr/local/atmel/bin:${PATH} (for tcsh)我们用并口和uisp来为AVR编程.uisp使用内核的ppdev接口,因此你必须已经载入了下列内核模块: # /sbin/lsmodparport_pcppdevparport用/sbin/lsmod命令检查是否已经载入,如果没有就以root用户载入它们.modeprobe parportmodeprobe parport_pcmodeprobe ppdev一个比较好的办法是在启动的时候就自动执行这些命令.你可以把这些命令添加倒rc脚本中(例如:Redhat下的/etc/rc.d/rc.local).为了给普通用户ppdev接口写权限,运行一次下面的命令: chmod 666 /dev/parport0确保没有在并口上的打印守护进程运行.如果你运行了就要在你连接编程器电缆前停止这个进程.现在编译和单片机编程的所有准备工作都做好了.我们的测试程序包(avrledtest-0.1.tar.gz) 里面有个编译工程文件文件.你要做的只是输入:makemake loadT这样就编译和载入软件了.我并不想详细描述所有的命令. 你可以打开那个Makefile 查看,它们都是一样的.我自己都不能把它们完全记下来.我只是知道我只需要做"make load".如果你想写不同的程序你只要把Makefile中所有出现avrledtest的地方用你的程序名字替换就行了. 一些有趣的binuti ls比实际编译过程更有趣的是一些小工具软件. avr-objdump -h avrledtest.outS显示程序的不同段的大小..text是调入falsh EEPROM的指令代码,.data是象static char str[]="hello";这类的初始化数据..bss是非初始化全局数据,在我们这个里面全是零..eeprom用于存储倒eeprom 的变量,我从没有用过这个..stab和.stabstr是调试信息,不会载入AVR的. avrledtest.out: file format elf 32-avrSections:Idx Name Size VMA LMA File off Algn 0 .text 0000008c 00000000 00000000 0000 0094 2**0 CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE 1 .data 00000000 00800060 000000 8c 00000120 2**0 CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA 2 .bss 00000000 00800060 0000008c 0000 0120 2**0 ALLOC 3 .eeprom 00000000 00810000 00810000 00000120 2**0 CONTENTS 4 .stab 0 0000750 00000000 00000000 00000120 2**2 CONTENTS, READONLY, DEBUGGING 5 .stabstr 0 00005f4 00000000 00000000 00000870 2**0 CONTENTS, READONLY, DEBUGGING你也可以用a vr-size命令得到一个更精简的形式: avr-size avrledtest.out text data bss dec hex filename 140 0 0 1 40 8c avrledtest.out在AVR上工作你必须特别注意.text+data+bss不超过4K,data+bss+stack(你可以不考虑stack的大小,它取决于有多少嵌套调用)不能超过128字节.下面这个命令也非常有意思: avr-objdump -S avrledtest.out它会生成你的代码的汇编列表. 结论现在你已经了解到足以开始我们的工程的AVR硬件和GCC方面的知识.LinuxFocus将来会有更多更复杂的,更有趣的关于硬件这方面的文章. 参考文献Libc and uisp: /www.amelek.gda.pl/avr/libc/ GCC and binutils: ftp:///pub/GNU/ avrfreaks (watch out some people on that site are sti ll using windows !?): / the tavrasm assembler for Linux: A VR webring: /hub?ring=avr&list Pre-compiled versions of gcc: combio.de/avr/ All soft ware and documents mentioned in this article The atmel website: /。
软核处理器PicoBlaze原理及应用
PicoBlaze的一个实例 PicoBlaze的一个实例
--KCPSM3结构原理图（可编程的状态机） --KCPSM3结构原理图（可编程的状态机）
PicoBlaze的一个实例
--KCPSM3内部详细结构 --KCPSM3
程序空间 KCPSM3支持程序的指令可以到1024（使用一个 KCPSM3支持程序的指令可以到1024（使用一个 BRAM），多个KCPSM3处理器可以用于处理不同的任 BRAM），多个KCPSM3处理器可以用于处理不同的任 务。 16个通用寄存器 16个通用寄存器 16个8位的通用寄存器，标号s0-sF（在汇编器中可能 16个 位的通用寄存器，标号s0-sF（在汇编器中可能 被重新命名）。所有的操作所使用的寄存器是非常灵活 的（没有专用的或优先级）。在KCPSM3中没有累加器, 的（没有专用的或优先级）。在KCPSM3中没有累加器, 任何一个寄存器都可作累加器。
PicoBlaze的简单处理解决方案 PicoBlaze的简单处理解决方案
--主要优点 --主要优点
3. 高性能 PicoBlaze每秒传递44PicoBlaze每秒传递44-100 million指令（取决于 million指令（取决于 FPGA的类型和速度等级）, FPGA的类型和速度等级）,比商业上可用的微控制器快 好几倍。 4. 较小的逻辑消耗 PicoBlaze消耗192个逻辑单元，比如大约消耗 PicoBlaze消耗192个逻辑单元，比如大约消耗 Spartan- XC3S200器件5%的逻辑单元。由于只占用很小 Spartan-3 XC3S200器件5%的逻辑单元。由于只占用很小 部分的FPGA和CPLD资源，工程师可以使用多个PicoBlaze 部分的FPGA和CPLD资源，工程师可以使用多个PicoBlaze 用于处理更长的任务或者保持任务的隔离和可预测。
8位单片机结构
8位单片机结构8位单片机是一种常见的嵌入式微控制器，它具有8位宽的数据总线和地址总线，适用于各种控制和嵌入式系统。
本文将介绍8位单片机的结构，包括其组成部分和功能。
一、概述8位单片机由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（I/O）接口、定时器和串行通信接口等组成。
它可以执行各种指令，控制外围设备的操作，并处理数据。
二、中央处理器8位单片机的中央处理器通常采用精简指令集计算机（RISC）架构，具有较小的指令集和较短的指令周期。
它包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元（ALU）和状态寄存器等组件。
三、存储器8位单片机的存储器包括程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储程序代码，数据存储器用于存储数据。
它们可以是闪存、EPROM、RAM等不同类型的存储器。
四、输入输出接口8位单片机的输入输出接口可以连接各种外围设备，如按键、LED、LCD、温度传感器等。
它们通过引脚与外围设备进行通信，并提供数据输入和输出的功能。
五、定时器8位单片机的定时器用于生成精确的时间延迟和定时事件。
它可以用于计时、脉冲宽度调制（PWM）、频率测量等应用。
定时器通常包括计数器和控制寄存器。
六、串行通信接口8位单片机的串行通信接口用于与其他设备进行通信，如串口通信、SPI（串行外围接口）通信、I2C（两线制串行通信）通信等。
它可以实现数据的发送和接收。
七、应用领域8位单片机广泛应用于各种控制和嵌入式系统，如家电控制、工业自动化、电子仪器、车载电子等。
它具有体积小、功耗低、成本低等优点，适合于资源受限的应用场景。
八、发展趋势随着技术的不断发展，8位单片机的性能不断提升，功能越来越强大。
同时，它也面临着来自32位单片机和ARM处理器等竞争对手的挑战。
总结：8位单片机是一种常见的嵌入式微控制器，具有8位宽的数据总线和地址总线。
它由中央处理器、存储器、输入输出接口、定时器和串行通信接口等组成。
它广泛应用于各种控制和嵌入式系统，并具有体积小、功耗低、成本低等优点。
常用PIC系列8位单片机芯片引脚符号的功能
常用PIC系列8位单片机芯片引脚符号的功能常用PIC系列8位单片机芯片引脚符号的功能类别：单片机/DSP一、关于I/O口符号PIC单片机系列封装引脚最少的是8引脚(如PIC12C5XX和PIC12C6XX)，多的可达84引脚(如PIC17C76X)，其中I/O(输入/输出)口线按PIC单片机产品型号不同，其口线数量也不相同。
8脚封装的I/O 口线是6根线，而84脚封装的I/O线多达66根线。
这些口线符号分别按英文字母顺序排列编号，简称A口、B口、C口、D口、E口、F口……，每个口是8位的，但不一定占满8位。
这些口在封装引脚图的标注上均在各口之前加有R 符号。
例如B口标注为RB0、RB1、RB2……RB7；E口为RE0、RE1……RE7；G口为RG1、RG2……；而对8脚封装的单片机共有6根I/O口线，其引脚图的标注与上略有不同而是GP0～GP5。
上述的各口线都是可独立编程的双向I/O口线。
二、引脚的复用功能和符号单片机的信号引脚是单片机外特性的体现，在硬件上用户只能使用引脚，通过引脚的连接组建单片机系统。
PIC8位单片机系列和MCS－51系列单片机一样，其引脚除电源VDD、VSS为单一功能外，其余的信号引脚常是多个功能，即引脚的复用功能。
常见的引脚符号和主要功能如下：1MCLR/Vpp 清除(复位)输入/编程电压输入。
其中MCLR为低电平时，对芯片复位。
该脚上的电压不能超过VDD，否则会进入测试方法。
Vpp代表编程电压。
2OSC1/CLKIN 振荡器晶体/外部时钟输入端。
3OSC2/CLKOUT 振荡器晶体输出端，在晶体振荡方式接晶体，在RC方式输出OSC1频率的1/4信号CLKOUT。
4TOCK1TMRO计数器输入端，如不用，为了减少功能应接地或接VDD。
5TICK1TMR1时钟输入端。
6TIOSI TMR1的振荡输入端。
7TIOSOTMR1的振荡输出端。
8RD、WR、CS 分别代表并行口读信号、写信号和片选控制线。
几种常用的单片机型号
当今单片机厂商琳琅满目，产品性能各异。
针对具体情况，我们应选何种型号呢？首先，我们来弄清两个概念：集中指令集（CISC）和精简指令集（RISC）。
采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用，即所谓冯.诺伊曼结构。
它的指令丰富，功能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格亦高。
采用RISC结构的单片机数据线和指令线分离，即所谓哈佛结构。
这使得取指令和取数据可同时进行，且由于一般指令线宽于数据线，使其指令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息，执行效率更高，速度亦更快。
同时，这种单片机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大大提高，有利于实现超小型化。
属于CISC结构的单片机有Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦)W78系列、荷兰Pilips的PCF80C51系列等；属于RISC结构的有Microchip 公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。
一般来说，控制关系较简单的小家电，可以采用RISC 型单片机；控制关系较复杂的场合，如通讯产品、工业控制系统应采用CISC单片机。
不过，RISC单片机的迅速完善，使其佼佼者在控制关系复杂的场合也毫不逊色。
根据程序存储方式的不同，单片机可分为EPROM、OTP（一次可编程）、QTP（掩膜）三种。
我国一开始都采用ROMless型单片机（片内无ROM，需片外配EPROM），对单片机的普及起了很大作用，但这种强调接口的单片机无法广泛应用，甚至走入了误区。
如单片机的应用一味强调接口，外接I/O及存储器，便失去了单片机的特色。
目前单片机大都将程序存储体置于其内，给应用带来了极大的方便。
值得一提的是，以往OTP型单片机的价格是QTP的3倍，而现在已降至1.5－1.2倍，选用OTP型以免订货周期、批量的麻烦是可取的。
几种常用的单片机型号
几种常用单片机：ATMEL公司的AVR单片机，是增强型RISC内载Flash的单片机Motorola单片机：Motorola是世界上最大的单片机厂商MicroChip单片机：MicroChip单片机的主要产品是PIC 16C系列和17C系列8位单片机MDT20XX 系列单片机：工业级OTP单片机,Micon公司生产EM78系列OTP型单片机：台湾义隆电子股份有限公司，直接替代PIC16CXX,管脚兼容，软件可转换Scenix单片机：Scenix公司推出的8位RISC结构SX系列单片机EPSON单片机：EPSON单片机以低电压低功耗和内置LCD驱动器特点著名于世东芝单片机：东芝单片机门类齐全8051单片机：8051单片机最早由Intel公司推出华邦单片机：华邦公司的 W77,W78系列8位单片机的脚位和指令集与8051兼容Zilog单片机：Z8单片机是Zilog公司的产品NS单片机：COP8单片机是NS（美国国家半导体公司）的产品.STC单片机STC公司的单片机主要是基于8051内核,是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051,速度快8~12倍，带ADC,4路PWM,双串口，有全球唯一 ID号，加密性好，抗干扰强•PIC单片机：是MICROCHIP公司的产品，其突出的特点是体积小，功耗低,精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大部分芯片有其兼容的 FLASH程序存储器的芯片.EMC单片机：是台湾义隆公司的产品，有很大一部分与PIC 8位单片机兼容，且相兼容产品的资源相对比PIC的多，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差•ATMEL单片机（51单片机）：ATMEI公司的8位单片机有 AT89、AT90两个系列，AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容，静态时钟模式；AT90系列单片机是增强 RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程 Flash的单片机，也叫AVR单片机.PHLIPIS 51PLC 系列单片机（51单片机）：PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能，这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求•HOLTEK单片机：台湾盛扬半导体的单片机，价格便宜，种类较多，但抗干扰较差，适用于消费类产品•TI公司单片机（51单片机）：德州仪器提供了 TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8 位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合;MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合松翰单片机（SONIX）：是台湾松翰公司的单片，大多为8位机，有一部分与 PIC 8位单片机兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有PMW ADC内振内部杂讯滤波。
单片机缩写的英文全称及中文名称(一)
单片机缩写的英文全称及中文名称（一）引言概述：单片机（Microcontroller）是一种集成了中央处理器（CPU）、存储器和输入输出接口等功能的微型计算机系统。
它具有体积小、功耗低、功能强大等特点，广泛应用于电子设备控制、嵌入式系统等领域。
本文将介绍一些常用单片机的英文全称及中文名称，为读者更好地理解和应用单片机系统提供帮助。
正文：大点1: AVR（Advanced Virtual RISC）系列单片机- ATmega328P: 一款常用的AVR单片机，其特点包括8位RISC结构、32KB闪存、2KB SRAM等。
中文名称为“高级虚拟RISC系列单片机328P”。
- ATmega16: 另一款常见的AVR单片机，其特点包括8位RISC结构、16KB闪存、1KB SRAM等。
中文名称为“高级虚拟RISC系列单片机16”。
- ATtiny85: 一款小型的AVR单片机，特点包括8位RISC结构、8KB闪存、512B SRAM等。
中文名称为“高级虚拟RISC系列微型单片机85”。
大点2: PIC（Peripheral Interface Controller）系列单片机- PIC16F877A: 一款常用的PIC单片机，其特点包括8位RISC 结构、14KB闪存、368B SRAM等。
中文名称为“外围接口控制器系列单片机16F877A”。
- PIC18F452: 另一款常见的PIC单片机，其特点包括8位RISC 结构、32KB闪存、1536B SRAM等。
中文名称为“外围接口控制器系列单片机18F452”。
- PIC12F675: 一款小型的PIC单片机，特点包括8位RISC结构、1KB闪存、64B RAM等。
中文名称为“外围接口控制器系列微型单片机12F675”。
大点3: STM32（STMicroelectronics 32-bit）系列单片机- STM32F103C8T6：一款常用的STM32单片机，其特点包括32位ARM Cortex-M3核心、64KB闪存、20KB SRAM等。
32bit与8bit单片机，应用开发三大区别
32bit与8bit单片机，应用开发三大区别arm处理器在全球范围的流行，32位的RISC嵌入式处理器已经成为嵌入式应用和设计的主流。
与国内大量应用的8位单片机相比，32位的嵌入式CPU有着非常大的优势，它为嵌入式设计带来丰富的硬件功能和额外的性能，使得整个嵌入式系统的升级只需通过软件的升级即可实现。
而8位处理器通常受到的64K软件限制也不存在了，设计者几乎可以任意选择多任务操作系统，并将应用软件设计得复杂庞大，真正体现“硬件软件化”的设计思想。
什么发生了改变目前，国内熟悉8位处理器开发的工程师非常多，开发工具和手段也很丰富，并且价格较低。
而32位处理器的开发与8位处理器的开发则有着许多明显的不同。
第一，实时多任务操作系统(RTOS)引入32位嵌入式系统。
由于32位CPU的资源丰富，指令集相对庞大，而且，系统软件比较复杂，所以，通常在开发时要选用相应的RTOS来对应用软件中的各个任务进行调度。
软件设计工程师需要学习全新的RTOS技术，掌握底层软件、系统软件和应用软件的设计和调试方法。
这对于开发者来说是一个新的挑战。
当然，RTOS的引入，也将给嵌入式开发商带来软件的模块化和可移植化等好处，为软件的工程化管理做好准备。
第二，调试的硬件接口发生改变。
在开发8位处理器时，通常采用在线仿真器ICE(In-Circuit-Emulator)，ICE通过插座或者相应的夹具替代CPU来进行仿真和开发工作。
而对于32位嵌入式处理器来说，因其过高的时钟频率(50MHZ 至400MHZ以上)和复杂的封装形式(如BGA)导致ICE很难胜任开发工具的工作。
CPU厂商借助于边界扫描接口(JTAG口)来提供调试信息，供开发者进行开发。
JTAG口通常是一个14Pin或20Pin的插座，JTAG调试器(或称JTAG仿真器)因为可直接从CPU获取调试信息而使得该产品的设计简化，从而使得价格要低于ICE。
第三，系统的开发方式产生变化。
八位RISC微控制器IP核的设计研究
按照 以上原则 ， 首先将 ＭＣ Ｕ分解 为两大子系统 ： 控制通 路和数据通路 。控制部分包括复位 和时钟模块 ， 负责系统 的
３ 两级流水线技术。从 指令 执行的过程来 看 ， ． 每一条指 令 的都需要 占用好几个 机器周期 ， 了加快 指令 的执行 ， 为 在 指令执行过程 中采用了二级流水线设计 ， 即把 指令 周期 分成 取指周期和执行周期 ， 由此使得每一 时刻都有多条 指令 重叠
２ ＲＩＣ ＭＣＵ的 内核 主 要 功 能 模 块 ． Ｓ
４ 使用寄存器 组。在指令系统设置 时 ， ． 操作数 的读 取和 写入尽量对寄存器进行 ， 避免对 存储器 的多 次读 写 ， 少访 减
收 稿 日期 ：０ ７— ６— ４ ２０ ０ ２
考虑到我 们要研究 的是 Ｒ Ｓ Ｕ的 内核 而不是一个 ＩＣ ＭＣ
作者简介 ： 明明（９ ３ ） 男， 杨 １７ 一 ， 河南柘城人 ， 南工程 学院讲师 ， 事计 算机 系统软件研 究。 河 从
・
１ １・ ２
维普资讯
与划分 ， 建立 了一个可行 有效的 ＲＳ Ｕ Ｉ ＩＣＭＣ Ｐ核模 型 ， 并且采用 Ｉ 重用技 术对各个模 块进行 了设 计描 述。通过 利 Ｐ核 用 多种 Ｅ Ａ工具可 以对整个 系统进行 了仿真验证 ， Ｄ 结果表 明 ： 所设计 的 ＭＣ Ｐ核 能够准 确无误 的执 行所 有指令 ， ＵＩ
引言
存时 间， 进而提高 ＭＣ Ｕ效率 。
５ 采用硬布线逻辑结 构 。由于指令 系统 和寻址方 式都 ．
随着深亚微米制造 、 计技术 的迅 速发展 ， 成 电路 已 设 集 进入片上系统 Ｓ Ｃ时代 。从 技术 层 面看 ， 统级 芯片技 术 Ｏ 系 是超大规模集成 电路发展的必然趋势和主流 ， 以超 深亚微 它 米工艺和 Ｉ Ｐ核复用技术 为支 撑。其 中 Ｉ 的设计 和制 造 Ｐ核 是 Ｓ Ｃ技术 中最 为关 键 的部分 。建 立 Ｉ 基础 上 的 Ｓ Ｃ Ｏ Ｐ核 Ｏ 设计 ， 使设计方法从 电路 设计转 向系统 设计 ， 设计 重心将 从 今天的逻辑设 计、 门级布局布线 、 后模 拟转 向系统级模拟 ， 软 硬件联合仿真 ， 以及若干个 Ｉ Ｐ核组合 在一起 的物理 设计 。
4个公司的8脚单片机简单介绍
美国 ATMEL 公司的单片机 仅 8 脚的 AVR 性能介绍 1 路高速 PWM、4 路 A / D 转换器的 tiny15L 单片机(TINY 是一个系列) RISC 结构的 8 位单片机,在 1MHZ 频率下处理速度高达 1MIPS 1K 字节的 FLASH 存贮器支持 ISP 编程 1 路高速 PWM(150KHz) 4 通道带内部基准参考电压的 10 位 AD 转换器 1 路最大增益为 20X 的差分模拟信号输入 32 个通用寄存器 64 字节的 EEPROM 存贮器 内部 RC 振荡,频率最高为 1.6MHz,内部看门狗. 2 个 8 位定时/计数器 真正的 6 个 IO 口 ATTINY15L 工作电压 2.7V-5.5V 保密性能高 DIP8、SOIC8 DIP/SOIC8 开发工具:
4 个公司的 8 脚单片机简单介绍
台湾 EMC 公司的单片机 最通用的高速低功耗、低电压 8 位单片机 EM78P156 EM78156 系列单片机是具有高性能、高质量、低成本、多功能、多领域的应用.完备的开发手 段,可全面置换高成本的 PIC16C54/56/84. 特点 8 脚封装 SOP、SOIC 和 DIP. 工作电压: 2.2V~5.5V、工作温度: 0℃~70℃ 工作频率 C-36MHz. 低功耗: 5V/4MHz 时小于 1.6mA . 典型 3V/32KHz 时小于 15uA . 休眠方式为 1 uA . 1K×13 字节片内 ROM 、48×8 字节通用存储器 (SRAM). 内置 RC 振荡器、上电复位. 一个配置寄存器满足用户不同要求. 5 级堆栈、8-bit 实时时钟/计数器 (TCC) . 可编程设定为从 I/O 脚唤醒、或由片上看门狗唤醒后运行. 3 个中断源: TCC 溢出中断 输入口状态变化中断(从休眠方式中唤醒) 外部中断 2 个双向 、8 个上拉、7 个下拉、8 个 开路 I/O 脚. EM78X56 可与 PIC16C54/56/8 完全兼容,并提供 PIC→EMC 程序转换方法,且程序页面为 1K.
8位RISCMCUIP软核仿真的新方法
地址 总线 和数据 总线分 开 ，程序 和数据分别存 储在程序 存储 器 和数据存储器 中 ；采 用两级流水线设计 ，共有 ３ 条 指令 ， ３ 指令 宽度 为 １ ，Ｐ ２位 Ｃ宽度为 １ 位 ，可寻址 ２ Ｂ＿。除 了部 １ Ｋ ｌ ｌ 分条件测 试指 令和跳转 指令为双 周期外 ，其他 所有指令都可 以在一个 指令周期完成。
文章编号：ｌ０＿ ４８ ０７ ６ ０４－ｏ 文献标识码： ００－ ２（ ０）＿ ２８ ２ ＿３ ２ ０＿ ＿ ＿ Ａ
中 圈分类号： Ｐ３ Ｔ３１
８ Ｒ Ｓ ＵＩ 位 ＩＣＭＣ 软核仿 真 的新 方法 Ｐ
王祖 强 ，张 华 ，李 玲
（ 山东大学信息科学与工程学 院，济南 ２ ０１０ ５ ） ０
（） １控制部分 由节拍发 生） ２数据通路 由程序计数器 （ Ｃ） 堆栈 、 令寄存器（ ） Ｐ 、 指 Ｉ 、 Ｒ 指令译码器 、专用寄存器 、通 用寄存器、数据选择器、Ａ Ｕ Ｌ 、
微控制器具有指令 简单 灵活、规模小 、速度快 的特点 ，因此
［ ｓｒｃ ｌＡｃｏｄｎ ｅ ｏ —ｏ ｎｄ ｓ ｎｍｅｈ ｄ ｔｉ ｐｐ ｒｎｒｄ ｃｓｔｅｓｓ ｍ ｒｈｔｃｕｅ ｆ ｎ －ｉＲＩＣ ＭＣ Ｐｃ ｒ， ｎｌｚ ｓ ｅ Ａｂｔａ ｔ ｃ ｒｉｇｔ ｔ ｐｄ ｗ ｅｉ ｔｏ ， ｓ ａｅ ｔ ｕ ｅ ｙｔ ａｃ ｉ ｔｒ ｅ８ｂｔ Ｓ Ｕ Ｉ ｏｅ ａ ａｙｅ ｏｈ ｔ ｇ ｈ ｉ ｏ ｈ ｅ ｅ ｏｏ ｈ ｔ
效率 。
关健诃 ：Ｒ Ｓ ＩＣ；ＭＣ ；仿 真；指令 存储器模块 Ｕ
Ｎｅ Ｍ ｅｈ ｄ ｏ ｉ ｕ ａ ｉ ｎｆ ｒ８ ｂ ｔＲＩ Ｃ ＣＵ Ｐ Ｓ ｆ ｒ ｗ ｔ ｏ ｆＳ ｍ ｌ ｔ ｏ ． ｉ Ｓ Ｍ ｏ Ｉ ｏ ｔＣｏ ｅ
MP01010 SPEC
MP01010A 规格书版本：1.01.SYSTEM OVERVIEWMP01010A 是8 位高性能、高效益的RISC 结构单片机，用于直接处理模拟信号，例如直接连接传感器。
该系列单片机包含一个集成的16通道10位模数转换器，以及两个脉冲宽度调制输出和一个8位数模转换器。
同时也增强了单片机的其它内部特性，如暂停、唤醒功能、振荡器选择和可编程分频器等，增加了单片机的使用灵活度，而这些特性也同时保证实际应用时只需要最少的外部器件，进而降低了整个产品的成本。
有了集成的A/D、D/A 和PWM 功能的优势，再加上低功耗、高性能、灵活控制的输入/输出和低成本等特性，此单片机广泛被应用在传感器信号处理、马达驱动、工业控制、消费性产品和子系统控制器等场合。
采用16 位精简指令集并拥有高达256 字节的RAM, 程序可方便的访问控制器内部的ROM 空间及RAM 空间而不需要执行繁琐的换页功能。
采用特殊功能寄存器与RAM 统一寻址的方式。
MP01010A是属于一次可编程(One-Time Programmable, OTP) 单片机，当配合使用我们提供的程序开发工具时，可简单有效的更新程序，这提供了设计者快速有效的开发途径。
2.产品特性◆高性能、低功耗的8位微处理器◆先进的RISC结构a.57条指令 – 大多数指令执行时间为单个指令周期（振荡频率/2）◆外设特点a. 一个具有预分频器的8 位定时器b. 一个具有预分频器的8 位脉宽比较器c. 一个具有独立振荡器的内部看门狗d. 一个与IO 口复用的外部中断输入e. 一个具有预分频器(Prescaler)及中断功能的定时器f.. 芯片内置晶体及电阻电容振荡器g. 具有烧录电路接口及程序代码保护功能h. 具有低电压复位（LVR）特性j. P6、P7、P9、PA共有15 个IO 具有唤醒功能1. 两组SPI 接口k. 2 通道PWMl. 16 通道的10 位ADCm. 1 通道的8 位DACn 一组UART 接口◆特殊的处理器特点a. 上电复位以及掉电检测b. 片内经过标定的RC 振荡器c. 片内/片外有6 个硬件中断源d. 8 级堆栈f. 两种睡眠模式，暂停与唤醒特性可以节省功耗g. 指令为16 位宽，对所有寄存器、RAM 的访问都不需要分页；程序ROM 也不需要分页h. 表格读取功能j. 直接和间接数据寻址模式k. 位操作指令◆存储器a. 4K * 16bit 程序存储器（OTP ROM）b. 256 * 8bit 数据存储器c. 128 * 8bit 特殊功能寄存器◆ IO 和封装a. 44 个可用IOb. 当选择内部RC 时还有2 个I 可用◆适用的温度范围：0 ~ 70°C◆工作电压范围： 2.3 – 5.5V◆工作频率范围a. 晶体类型：在5V 时 DC~20MHz, 在3V 时 DC~8MHz,b. RC 类型：在5V 时 3~20MHz, 在3V 时 3~8MHz,◆ MP01010A 在6MHz, 5V, 25°C 时的功耗：a. 正常模式：b. 睡眠模式：3.功能框图4.PAD尺寸：（1580，1690） 单位：微米 注明：衬底必须接GND5.管脚分配6.管脚描述-= 末使用TTL = TTL 输入 ST = 施密特输入7.存储器本节讲述MP01010A 的存储器。
ATMEGA16
ATMEGA16ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。
由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。
所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。
这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。
ATmega16 有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。
工作于空闲模式时CPU 停止工作，而USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声； Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。
8位单片机消费类芯片EN8F202
4. 特殊功能寄存器......................................................................................................................... 10
8位RISCCPU的编写汇总
第八章可综合的VerilogHDL设计实例---简化的RISC CPU设计简介---第四章中的RISC_CPU模型是一个仿真模型，它关心的只是总体设计的合理性，它的模块中有许多是不可综合的，只可以进行仿真。
而本章中构成RISC_CPU的每一个模块不仅是可仿真的也都是可综合的，因为他们符合可综合风格的要求。
为了能在这个虚拟的CPU上运行较为复杂的程序并进行仿真, 因而把寻址空间扩大到8K（即15位地址线）。
下面让我们一步一步地来设计这样一个CPU，并进行仿真和综合，从中我们可以体会到这种设计方法的魅力。
本章中的VerilogHDL程序都是我们自己为教学目的而编写的，全部程序在CADENCE公司的LWB (Logic Work Bench)环境下和 Mentor 公司的ModelSim 环境下用Verilog语言进行了仿真, 通过了运行测试，并分别用Synergy和Synplify综合器针对不同的FPGA进行了综合。
分别用Xilinx和Altera公司的的布局布线工具在Xilinx3098上和Altera Flex10K10实现了布线。
顺利通过综合前仿真、门级结构仿真以及布线后的门级仿真。
这个CPU 模型只是一个教学模型, 设计也不一定合理, 只是从原理上说明了一个简单的RISC _CPU的构成。
我们在这里介绍它的目的是想说明：Verilog HDL仿真和综合工具的潜力和本文介绍的设计方法对软硬件联合设计是有重要意义的。
我们也希望这一章能引起对 CPU 原理和复杂数字逻辑系统设计有兴趣的同学的注意,加入我们的设计队伍。
由于我们的经验与学识有限，不足之处敬请读者指正。
8.1.什么是CPU？CPU 即中央处理单元的英文缩写，它是计算机的核心部件。
计算机进行信息处理可分为两个步骤：1)将数据和程序（即指令序列）输入到计算机的存储器中。
2)从第一条指令的地址起开始执行该程序，得到所需结果，结束运行。
CPU的作用是协调并控制计算机的各个部件执行程序的指令序列，使其有条不紊地进行。
atmega8原理及应用手册
atmega8原理及应用手册ATmega8是一款8位微控制器，由Atmel公司生产。
它是AVR系列微控制器的一部分，具有高性能、低功耗和易于编程的特点。
下面是关于ATmega8原理及应用手册的详细介绍：1. ATmega8原理：ATmega8采用了基于Harvard架构的8位RISC（精简指令集计算机）架构。
它具有32KB的闪存程序存储器，1KB的EEPROM数据存储器和2KB的SRAM数据存储器。
它还具有23个可编程I/O引脚，包括8个模拟输入引脚和15个数字I/O引脚。
ATmega8还支持多种通信接口，如UART（串行通信）、SPI（串行外设接口）和I2C（双向串行总线）。
2. ATmega8应用手册：ATmega8应用手册提供了关于ATmega8微控制器的详细信息，包括芯片的功能、引脚配置、时钟设置、编程和调试方法等。
手册通常包括以下内容：- 芯片功能：介绍ATmega8的主要功能和特性，如时钟源选择、中断控制、定时器/计数器、PWM（脉宽调制）等。
- 引脚配置：列出了每个引脚的功能和用途，包括I/O引脚、复位引脚、电源引脚等。
- 时钟设置：描述了如何配置和使用ATmega8的时钟源，包括外部晶体振荡器、内部RC振荡器和外部时钟输入。
- 编程方法：介绍了如何使用编程器和开发环境（如AVR Studio）对ATmega8进行程序编写、下载和调试。
- 调试方法：提供了一些调试技巧和方法，以帮助开发人员解决在ATmega8上开发过程中可能遇到的问题。
此外，ATmega8应用手册还可能包括电气特性、时序图、寄存器描述、指令集、示例电路和代码等内容，以帮助开发人员更好地理解和应用ATmega8微控制器。
总之，ATmega8原理及应用手册提供了关于ATmega8微控制器的详尽信息，帮助开发人员了解其功能和特性，并指导他们在实际应用中正确地配置和使用ATmega8。
基于VHDL语言的8位CPU的设计(quartus仿真)
假设指令地址为0、1、2、3…，为便于显示，设置地址指令和程序计数器输出为数制十进制， 仿真波形如下图：
图2.14 程序计数电路仿真波形
第二部分：RISC-CPU各模块设计与仿真
8. 状态控制器
是CPU的控制核心， 用于产生一系列的控 制信号，启动或停止 某些部件，由状态机 和状态机控制器组成， 如图。
图2.9 数据输出控制器
假设累加器输出值由00000000递增，验证当data_ena为1时，data输出alu_out的值，当 data_ena为0时，data输出"ZZZZZZZZ"。波形如下：
图2.10 数据输出控制器仿真波形
第二部分：RISC-CPU各模块设计与仿真
6. 地址多路器
用于选择输出的地址是PC地址还是数据/ 端口地址，如图2.11所示。每个指令周期的 前4个时钟周期用于从ROM中读取指令，输 出PC地址。后4个时钟周期用于对RAM或 端口的读写，输出数据或端口地址。
图2.7算术逻辑单元
在仿真过程中，假设操作码依次为上述8种操作码。数据值为5，累加器值为由3变0，以此来 验证zero作用。仿真波形下图所示：
图2.8 算术逻辑运算单元仿真波形
第二部分：RISC-CPU各模块设计与仿真
5.数据输出控制器
控制累加器数据输出，如图2.9由于数据总 线是各种操作时传送数据的公共通道，不同 的情况下传送不同的内容。有时要传输指令， 有时要传送RAM区或接口的数据。
图3.2 RISC-CPU各模块连接图
谢谢！！
WPS Office
Make Presentation much more fun
@WPS官方微博 @kingsoftwps
基于VHDL语言的8位 RISC-CPU的设计
picf引脚以及功能介绍
p i c f引脚以及功能介绍 Revised by Jack on December 14,2020PIC12F18228引脚8 位闪存单片机产品简介高性能RISC CPU：只需学习49 条指令工作速度：- DC——时钟输入为32 MHz- DC——指令周期为125 ns带自动现场保护的中断功能带可选上溢/ 下溢复位的16 级深硬件堆栈直接、间接和相对寻址模式：- 两个完整的16 位文件选择寄存器（FileSelect Register，FSR）- FSR可读程序和数据寄存器单片机特性：高精度内部振荡器：- 出厂时校准为% （典型值）- 软件可选择频率范围为32 MHz 至31 kHz31kHz低功耗内部振荡器外部振荡器电路，具有：- 4种晶振/ 谐振器模式，频率最高为32 MHz，采用4x PLL- 3种外部时钟模式，频率最高为32 MHz 4倍频锁相环（Phase Locked Loop，PLL）故障保护时钟监视器双速启动节能的休眠模式上电复位（Power-on Reset，POR）上电延时定时器（Power-up Timer，PWRT）振荡器启动定时器（Oscillator Start-Up Timer，OST）带可选择跳变点的欠压复位（Brown-out Reset，BOR）扩展型看门狗定时器（Watchdog Timer，WDT）通过两个引脚进行在线串行编程（In-CircuitSerial ProgrammingTM ，ICSPTM）通过两个引脚进行的在线调试（In-CircuitDebug，ICD）增强型低电压编程（Low-Voltage Programming，LVP）工作电压范围：- 至（PIC1XLF182X）- 至（PIC1XF182X）可编程代码保护可在软件控制下自编程低功耗特性：待机电流（PIC1XLF182X）：- 时，典型值为30 nA工作电流（PIC1XLF182X）：- 1MHz，时，典型值为75 mA 低功耗看狗定时器电流（PIC1XLF182X）：- 时，典型值为500 nA外设特性：最多17 个I/O 引脚和1 个仅用作输入的引脚：- 高拉/ 灌电流可直接驱动LED- 独立的可编程电平变化中断引脚- 独立的可编程弱上拉Timer0：带8 位可编程预分频器的8 位定时器/ 计数器增强型Timer1：- 带预分频器的16 位定时器/ 计数器- 外部门控输入模式- 专用的低功耗32 kHz 振荡器驱动器 3个Timer2 模块（Timer2、4 和6）：带8 位周期寄存器、预分频器和后分频器的8 位定时器/ 计数器2个增强型捕捉/ 比较/PWM （EnhancedCapture/Compare/PWM，ECCP）模块：- 可由软件选择的时基- 自动关断和自动重启- PWM转向控制2个捕捉/ 比较/PWM（Capture/Compare/PWM，CCP）模块：- 可由软件选择的时基2个带SPI 和I2CTM 的主同步串行端口（MasterSynchronous Serial Port，MSSP），具有：- 7位地址掩码- 兼容SMBus/PMBusTM增强型通用同步异步收发器（EnhancedUniversal Synchronous Asynchronous ReceiverTransmitter，EUSART）：- 兼容RS-232、RS-485 和LIN- 自动波特率检测- 遇到启动位时自动唤醒SR锁存器（集成555 定时器）：- 多个置1/ 复位输入选项模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）：- 10位分辨率- 12路通道2个比较器：- 轨对轨输入/ 输出- 电压模式控制- 软件可控的滞回电压参考电压模块：- 固定参考电压（Fixed Voltage Reference，FVR），具有、和的输出电压- 可选正负参考电压的5 位轨对轨阻式DAC电容触摸振荡器模块：- 12 路通道数据信号调制器：- 从不同的模块输出选择调制器和载波源。
8λRISC
ｇａｉｎｍｅ ｏ ［ｒｕ ｍｉｄｅ ｒ ｉｔｒ ｃ ．Ａ ｄＪ Ｃ／Ｏ Ｃ ｒｔ ｔ ｄ ｈｏ ｏ ｈ ｄ ｌｗａｅ ｎｅ ａ ｅ ｎ ＤＢ ｆ ＤＢ
ｔｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｏ ｕ ｅ ｉ Ｍ ０ ｅ ｎ ｉ ｆｒ ｔ ｍ ｎ ｅ ｒ ｆｍ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｗ ｓ ｆｃ ｓ ｄ Ｏｌ ｖ ｒ８ ｎｏ ｍａｉ ｉ ｔ ａ ｑ ｖ ｇ ｉ
的互 操作 。文 中给 出基于 Ｊ Ｂ ／ Ｂ Ｄ Ｃ ＯＤ Ｃ接 口实 现企
业 Ｏ Ｄ与 Ｂ Ｍ 信 息集 成 的具 体 实现 ，并对其进 行 Ｒ Ｏ 了 比较 分析 ，所提 出 Ｂ Ｓ与 Ｃ Ｓ交叉 并用 的信 息 ／ ／
李绪尊
技术。
博士研究生。 研究领域为分布式数 据库与系统集成 教授 ， 博导 。 研究领域 Ｃ Ｍ 技 术与系统集成技术。 ＩＳ
要 ： 文 章 分 折 了 精 简 指令 集 的 结构 特 征 和 嵌 入 式 系 统 的 应 用需 求 ，在设 计 出的 ８位 ＲＳ ＩＣ徽 处 理 嚣棱 的
基础 上 从 指 令集 、 储 空 间等 体 系 结构 方 面做 了参 数 化 设 计 和参 数 提 取 ， 论 了 硬件 描述 语 言 和 运 行 于微 处 存 讨 理器 棱上 的程 序 对 参 数 化 设 计 的 支持 。参 数 化 的 设 计 方 法增 强 了 Ｉ Ｐ核 的灵 活性 和 可 重 用 性 ， 以 在 大 批量 设 可 计 片 上系 统 的过 程 中 充 分 使用 参数 化 设 计 方 法 。 关 ■ 词 ： 微处 理 器 棱 ， 数化 ， 系 结构 ， 页 ， 简 指 令 集 计 算 机 参 体 分 精
提供 形式 统一 的程 序级接 １ ３，以实 现对 异构数 据 库
Ｋｅ ｒ ｓ Ｉｆｍｍｌｍ ｔｇａ￣ｎ Ｊ） Ｃ／ ｙ ｗｏ ｄ ： ｎ ｏ ｉ ｉ ｅｒｌ ， ＩＢ ＯＤＢ ， Ｉｔｒ ｃ ｔ ｎ ｏ Ｃ ｎｅ ａｅ ｆ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
20世纪80年代初兴起的RISC技术一直是计算机发展的主流，RISC微处理器的一些基本理论则是计算机领域的重要基础常识，但具体实现仍有难度。电子设计自动化(Electronic Design Automation，简称EDA)是现代电子设计的核心技术。利用EDA技术进行电子系统设计的主要目标是完成专用集成电路(ASIC)的设计，而现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)是实现这一途径的主流器件。现场可编程通用门阵列(Field Program mableGateArray，简称FPGA)的内部具有丰富的可编程资源。FPGA外部连线很少、电路简单、便于控制。FPGA目前已达千万门标记(10million-gatemark)，速度可达200～400MHz。本文介绍了一种基于FPGA技术用VHDL(VHSICHardw are Description Language)语言实现的8位RISC微处理器，并给出了仿真综合结果。
由于时钟产生器对微处理器各种操作实施时间上的控制，所以其性能好坏从根本上决定了整个微处理器的运行质量。本设计采用的同步状态机的设计方法，使得clk1，fetch，alu_clk在跳变时间同步性能上有显著提升，为整个系统性能的提高打下良好的基础。
状态控制器的设计
状态控制器的电路图如图3所示。从实现的途径看，RISC微处理器与一般的微处理器的不同之处在于，它的时序控制信号的形成部件是用硬布线逻辑实现而不是采用微程序控制。由于器件本身设计比较复杂，且对各个控制信号的时序有严格要求，所以其VHDL程序用有限状态机FSM来实现。
if(opcode=skzandzero=’1’)then......
else......
when others=>......
endcase；
endif；
endif；
endprocess；
endrtl；
算术逻辑单元ALU的设计
ALU是绝大多数指令必须经过的单元，所有的运算都在算术逻辑单元ALU进行。ALU接受指令寄存器IR送来的4位指令操作码，根据不同的指令，ALU在信号alu_clk的正跳变沿触发下完成各种算术逻辑运算。微处理器各部件结构如图4所示。
软件综合与仿真和硬件实现
微处理器的软件综合与仿真
该微处理器设计共有11个基本模块，除前文分析的3个模块外，还有指令寄存器IR、累加器ACC、程序计数器PC、简单的存储器ROM/RAM、地址多路器ADDR等模块。所有的模块采用Quartus4.2单独综合，并调试通过，且都生成有单独的*.bsf文件，最后创建一个顶层文件top.bdf，把所有基本模块的bsf文件连接成如图4的形式。做完顶层设计后，采用Quartus4.2进行综合与仿真。系统仿真的部分结果如图5所示，从图5可以看出，存放在存储器不同地址中的2个操作数3CH(00111100)和18H(00011000)相异或时，结果24H(00100100)在信号wr的上升沿触发下存入存储器中。我们可清楚地看到每条指令都是在一个指令周期中完成。数据总线data上记录着指令的运行情况，同时也可看到空闲时其呈高阻状态。
when st0 =>......
when st1 =>......
when st2 =>......
when st3 =>cur_state<=st4；
if(opcode=hlt)then......
else......
whenst4=>curstate<=st5；
if(opcode=jmp)then......
主要的程序如下：
地址 机器代码 汇编语言源程序
00 11000000 JMP L1 ；L1->PC
01 00000100
04 10100000 LDAR2；(0E)->R2
05 00001110
06 10000000 XORR1，R2；(R1)xor(R2)- >(R1)
结束语
本文基于FPGA的微处理器具备了RISC微处理器的基本功能，而且其容易优化升级。该微处理器不仅可作为一个模块用于片上系统的设计，而且也充分展示了使用FPGA和VHDL进行EDA数字系统设计的优越性，具有实用价值。
if(ena=’0’)then
curstate<=st0； incpc<=’0’；
load_acc<=’0’； loadpc<=’0’；
rd<=’0’； wr<=’0’； loadir<=’0’；
datactlena<=’0’； halt<=’0’；
else
case curstate is
opcode=xoooropcode=lda)
then......
elsif(opcode=skzandzero=’1’)
then......
elsif(opcode=jmp) then......
elsif(opcode=sto) then......
else......
微处理器功能、组成及指令集
本文设计的RISC微处理器遵循了RISC机器的一般原则：指令条数少而高效、指令长度固定、寻址方式不超过两种、大量采用寄存器、为提高指令执行速度、指令的解释采用硬联线控制等等。
RISC微处理器的功能和组成
微处理器是整个计算机系统的核心，它具有如下基本功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。本文设计的微处理器主要由控制器、运算器和寄存器组成，还包括程序计数器、译码器等一些其他的必要逻辑部件。控制器是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。相对于控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。存储器是记忆设备，存储单元长度是8位，用来存放程序和数据。
elsif(opcode=addoropcode=ann
oropcode=xoooropcode=lda)then
elsif(opcode=sto)then...else...
when st5 =>curstate<=st6；
if(opcode=addoropcode=annor
结构体程序如下：
Байду номын сангаас
architecturertlofstatctlis
typemystateis(st0，st1，st2，st3，st4，st5，st6，st7)；
signalcurstate：mystate；
begin
process(clk1，ena)
begin
iffallingedge(clk1) then
微处理器的指令集
微处理器的指令长度为16位定长，每条指令占两个存储单元，寻址方式仅有立即寻址、直接寻址两种。该RISC微处理器选取了使用频度较高的8种指令LDA、STO、JMP、ADD、AND、XOR、SKZ、HLT等。指令操作码占用指令字的高4位，预留了空间，便于以后指令集的扩展。指令周期是由8个时钟组成，每个时钟都要完成固定的操作。部分典型指令的操作流程图如图1所示。
when st6 =>curstate<=st7；
if(opcode=sto)then......
elsif(opcode=addoropcode=ann
oropcode=xoooropcode=lda)
then......
else......
when st7 =>curstate<=st0；
07 00001111
08 11000001 STO ；(R1)->(0F)
0A 00000000 HLT ；stop
0B 00000000
0E 00111100
0F 00011000
微处理器的硬件实现
基于FPGA的RISC微处理器的最终硬件验证在杭州康芯公司生产的GW48EDA系统上进行。前面的仿真结果确认无误后，选用GW48EDA系统的电路模式No.5，查阅此系统的引脚对照表锁定各引脚，之后需重新编译一次，以便把引脚锁定信息编译进编程下载文件。最后把编译好的top.sof文件对目标器件FPGA下载，得到满足设计要求的芯片。本设计的载体选用Altera公司的Cyclone系列FPGA器件EP1C6Q240C6，硬件验证结果表明，该RISC微处理器时钟频率为23.02MHz，其功能完全达到设计要求。
关键模块的设计
RISC微处理器是一个复杂的数字逻辑电路，但其基本部件的逻辑并不复杂，可以把它分为时钟产生器、指令寄存器、累加器、算术逻辑单元、数据控制器、状态控制器、程序计数器、地址多路器等单元来考虑。在硬件验证时还需要建立一些如ROM/RAM和地址译码器等必要的外围器件。以下是几个关键模块的设计。
时钟产生器的设计
时钟产生器Pulse产生的电路如图2所示，计算机的协调动作需要时间标志，它用时序信号体现，时钟产生器正是产生这些时序信号的器件。图2中时钟产生器利用外来时钟信号clk产生一系列时钟信号clk1，fetch，aluclk等，并送往微处理器的其他部件。rst控制着微处理器的复位和启动操作，当rst一进入高电平，微处理器就结束现行操作，并且只要rst停留在高电平状态，微处理器就维持复位状态。rst回到低电平后在接着到来的fetch上升沿启动微处理器开始工作。
基于FPGA的RISC微处理器的设计与实现，FPGA，VHDL,8位RISC微处理器
发布: 2011-9-5 | 作者: —— | 来源:wangliuguo| 查看: 236次 | 用户关注：
20世纪80年代初兴起的RISC技术一直是计算机发展的主流，RISC微处理器的一些基本理论则是计算机领域的重要基础常识，但具体实现仍有难度。电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation，简称EDA)是现代电子设计的核心技术。利用EDA技术进行电子系统设计的主要目标是完成专用集成电路(ASIC)的设计，而现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)是实现这一途径的主流器件。现场可编程通用门阵列(FieldProgrammableGateArray，