作为一种嵌入式微控制器,MCU(Micro Controller Unit)在通信、消费电子、计算机、医疗、仪器仪表等领域得到了广泛的应用。6502是最早由MOS Technology公司开发的性能良好的8位微处理器,现因其低功耗,低成本,结构和指令简单等特点主要应用于嵌入式系统。本文首先研究了6502微处理器的内部结构和指令系统,在此基础上开发出基于6502的MCU,并对关键模块的设计进行了介绍。为了验证MCU IP核的正确性,本文采用了基于软件模拟的仿真验证和基于FPGA的原型验证两个层次,其中重点介绍了FPGA平台的验证过程。在线仿真器是MCU开发系统的重要组成部分,是开发MCU的强大工具。每一种MCU都应该有相应的仿真调试工具。本文在对目前主流的MCU调试技术进行研究的基础上,采用驻留监控程序这种低廉有效的调试技术,自主开发了适用于6502系列MCU的监控程序。本文详细叙述了6502 MCU在线仿真器中通信协议的设计,以及监控程序的设计与实现。监控程序通过串行通讯端口与上位机调试器软件进行通讯,能够完成程序下载、断点、单步运行、全速运行、暂停、查看和修改存储器或CPU寄存器等调试功能,是开发6502系列MCU的有力工具。本文还开发了BSL(Boot-Strap Loader)程序,用于下载及更新监控程序,有利于监控程序的升级。最后在MCU的FPGA验证平台上,结合上位机调试器对监控程序进行了全面的功能测试,给出了各个调试功能的测试方法,完成了测试,结果表明了本文所设计的6502在线仿真器的监控程序设计方案的正确性。