针对于无线传感器节点的微控制器的研究与实现

摘要

随着无线传感器网络领域研究及应用的不断深入和推广，基于早期的以8位微控制器为代表的单片机系统的解决方案已经很难满足该领域对性能和计算能力上的要求。近年来，随着芯片制作工艺和片上系统(System On Chip)技术的发展，各种高性能嵌入式微处理器如雨后春笋般取得了空前的应用和发展。与通用处理器不同，嵌入式微处理器一般针对某种应用将存储系统和诸多系统IO资源整合在单个芯片上，以此来减小整个系统的大小、降低系统的功耗来满足该特定领域应用对功耗和面积等约束条件的特殊需求。
　　通过仔细的分析与讨论，为了在性能、价格和自主知识产权方面获得一个很好的平衡，本文提出一个采用基于OpenRisc开源架构的微处理器核心来搭建一个针对于无线传感器网络的微控制器的方案。该开源架构具有完全可综合、外围设备丰富、高性能、支持低功耗设计、软件支持性好、知识产权完全开放等优点。通过本文提出的方法，对该开源结构进行适当的修改与完善，可以使之更好地适应无线传感器网络的应用，这对如何在应用层级提高该微控制器的效率有着一定的参考意义。
　　本文在对采用微处理器可综合软内核来搭建的微控制器进行分析设计的基础上，加入了对于低功耗控制技术的考虑，通过仔细的衡量考虑与可行性分析，有针对性的采用了一些不同且最新的低功耗设计方法学，例如门控电源和门控时钟设计，频率调节设计，以及寄存器传输级编码优化等等。通过对实验结果的分析，可以证明本系统能够显著的降低芯片的总功耗，这也为该微控制器节点将来应用于无线传感器网络提供了现实的基础。
　　最后，本文将力求给大家一个高灵活性、可用性、可扩展性强的ASIC（特定用途集成电路）微控制器芯片（MCU）的设计骨架。基于该芯片的开发平台将是接口开放的，易于编程的和可移植性强的。

目录

针对于无线传感器节点的微控制器的研究与 实现

The Research and Implementation of an MCU Dedicated To WSNs

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 相关问题的研究现状

1.3 本论文的主要研究内容

第2章 低功耗设计研究

2.1芯片的功耗来源

2.2降低芯片功耗的方法

2.3本章小结

第3章 本设计中采用的低功耗设计

3.1系统层次上采用的低功耗设计方法

3.2结构层次上采用的低功耗设计方法

3.3 RTL和物理层次上采用的低功耗设计方法

3.4各种方法对功耗影响的结果统计

3.5 本章小结

第4章 微控制器系统设计

4.1 微控制器系统平台总体设计

4.2 WishBone总线开源IP核简介与相关设计

4.3 存储控制器IP核简介与相关设计

4.4 其他外围 IP模块的简介与相关设计

4.5 平台的功能验证

4.6 系统的性能评估

4.7 本章小结

第5章 低功耗微控制器的ASIC设计技术

5.1 集成电路设计概述

5.2 芯片设计流程

5.3 MCU的ASIC设计

5.4 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢