● 摘要
本课题的研究目的是采用FPGA与ASIC结合的经典流程来是设计8位MCU，整个系统包含37条指令。最后的目标是通过FPGA实验并且进行基于标准单元库的ASIC设计。本文首先介绍了项目背景，然后对系统的组成架构以及指令系统进行了深入的分析。在此基础上，提出了针对本项目的改进方案，和对指令系统的流水线管理。接着详细论述了各个功能模块的实现方法和电路的设计考虑。微控制器MCU内部单元包括有程序/数据存储器、程序计数器（Program Counter）、指令寄存器（Instruction Register）、相时钟产生单元（Phase Clock Generator）、算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)、中断模块（Interrupt）堆栈(STACK)、输入输出口(I/O Pad)、工作寄存器W。这些都是MCU核的组成单元。为了扩充MCU的功能，越来越多的外围接口部件以IP的方式和MCU核集成在一起来，来得到更强大的功能和更广泛的用途。可以看到MCU的正逐步朝着片上系统SOC的方向发展。该项目运用了FPGA实现与ASIC实现相结合的流行设计方法。在FPGA设计阶段通过对系统架构的理解，正确的功能划分，以及在RTL级别有效的描述，最大限度的保证了时序的稳定。在ASIC流程中，首要是在FPGA验证其正确性的基础上对速度与面积进行科学有效的平衡，在成本和性能中间取得良好的折衷，运用先进的EDA设计工具和算法对设计进行综合优化(Synthesis)，动态时序分析(Dynamic Simulation)，静态时序仿真(STA)到自动布局布线(APR)，最后交给版图设计人员进行版图设计和优化。