微控制器在嵌入式系统中的应用日趋广泛,应用环境对微控制器的实时性要求也越来越高。本文设计完成了一种针对嵌入式系统实时控制,并兼容MCS-51指令集的MCU。 MCU结构上采用二级指令流水线,分别通过采用哈佛总线结构和先行控制、分支预测等方法解决了流水线的数据相关和控制相关问题。为提高MCU的控制能力,设计实现了八个8位输入输出口,并且为实现高效的实时控制功能,设计有28个中断源(包括22个外部中断源)和14个中断向量(包括8个外部中断向量),并采用了多中断源的增强型中断控制器。同时设计有两个通用异步串行口、3个定时计数器和用于监控程序运行的监视定时器。 整个设计采用Verilog HDL自顶向下的正向设计方法,通过可综合风格的RTL代码设计完成了MCU的代码编写,同时也完成了测试台代码的编写。使用KEIL编译器对汇编及C语言测试程序进行编译,将机器码在测试台上对MCU的功能加以验证。通过逻辑综合和门级仿真得到了可用的门级网表,最后采用自动布局布线工具初步完成了版图设计。