VLSI DESIGN OF AN 8 BIT GENERAL PURPOSE MICROCONTROLLER

Öz

This study includes the VLSI design of an eight bit general purpose micro controller with Sea-of-Gates design style and 1.6µ double metal CMOS technology. The system blocks and the behavior of these blocks are defined and the logical design is implemented in gate level in the design phase. Then, the logic circuits are simulated and all of the subunits are converted into 1.6µ double metal CMOS VLSI layout with Ocean Design System, developed by Delft University-Netherlands, in a PC using Linux operating system. Finally, in order to construct the micro controller these units are placed in the floor plan and simulated with analog and digital switch level simulator. The results of the simulations indicates that the micro controller can run 31 instructions which can be divided into six subgroups: transfer instructions, arithmetic and logic instructions, rotate and shift instructions, branch instructions, input/output instructions, control instructions. The external bus of the micro controller is 16 bit, it includes approximately 10,000 transistors and runs in 25MHz, and its power consumption is 82.5mW for 5V bias voltage. In this paper, the properties of the micro controller, the design steps and the obtained results are explained and the results are compared with the micro controllers and the microprocessors of the same scale

Anahtar Kelimeler

• Microcontroller, Microprocessor, VLSI design, Logic design

8 BİT GENEL AMAÇLI BİR MİKRODENETLEYİCİNİN ÇOK BÜYÜK ÖLÇEKLİ TÜMLEŞİK DEVRE TEKNOLOJİSİ İLE TASARIMI

Öz

Bu çalışmada 8 bitlik genel amaçlı bir mikrodenetleyicinin Çok Büyük Ölçekli Tümleşik Devre Teknolojisiyle tasarımı 1.6µ CMOS çift metal teknolojisi esas alınarak ve Kapı Dizisi Tasarım yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tasarımda, önce mikrodenetleyiciyi oluşturan temel bloklar ve bunların davranışları belirlenmiş, blokların mantık devre tasarımı yapılmıştır. Daha sonra, tasarlanan mantıksal devrelerin benzetim çalışmaları yapılmış ve tüm birimlerin VLSI serimleri Linux işletim sistemi kullanan bir bilgisayarda Hollanda-Delft üniversitesinin geliştirdiği Ocean tasarım paketi ile hazırlanmıştır. Son olarak da birimler mikrodenetleyiciyi oluşturmak üzere serim planı üzerinde yerleştirilmiş, analog ve sayısal anahtarlama seviyeli simulatörlerle benzetim çalışmaları yapılmıştır. Benzetim çalışmaları sonucu mikrodenetleyici taşıma komutları, aritmetik ve mantıksal komutlar, döndürme ve kaydırma komutları, koşullu ve koşulsuz dallanma komutları, giriş-çıkış komutları ve denetim komutları olmak üzere 6 alt gruba ayrılan 31 komutu doğru olarak işlemiştir. Harici veri yolu 16 bit olan mikrodenetleyici yaklaşık 10,000 transistor içerir, 25MHz de çalışır ve toplam güç harcaması 5V besleme için 82.5mW tır. Bu makalede mikrodenetleyicinin özellikleri, tasarım basamakları, elde edilen sonuçlar anlatılmış ve bu sonuçlar aynı ölçekteki mikrodenetleyicilerle ve mikroişlemcilerle karşılaştırılmıştır

Anahtar Kelimeler

• Mikrodenetleyici, Mikroişlemci, Tümleşik devre tasarımı, Mantık devreleri tasarımı

Kaynakça

1. Aşkar M., Atalar A., Köseoğlu M., Torunoğlu İ., Köseoğlu G., Ungan E., (1990): “Tümdevre Tasarım Teknolojisi”, Ankara, Tütam Tümdevre Tasarım Merkezi.
2. Erdaş N., (1998): “Design Of An 8 Bit General Purpose Microcontroller”, İzmir, DEÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
3. Fabricius E., (1990): “Introduction To VLSI Design”, Mc Graw-Hill Publishing Company.
4. Geiger R., Allen P, Strader N., (1990): “VLSI Design Techniques For Analog And Digital Circuits”, Mc Graw-Hill Publishing Company.
5. Groeneveld P., Stravers P., (1993): “Ocean: The Sea-Of-Gates Design System”, Delft University Of Technology.
6. Kang S., Leblebici Y., (1996): “CMOS Digital Integrated Circuits Analysis And Design”, Mc Graw-Hill Publishing Company.
7. Mano M., (1979): “Digital Logic And Computer Design”, Prentice Hall International Editions.
8. Mc CALLA T., (1992): “Digital Logic And Computer Design”, Maxmillan Publishing Company.

9. NATO Advanced Study Institute Series, (1982): “Design Methodologies For VLSI Circuits”, Maryland.
10. Pucknell D., Eshraghian K., (1997): “Basic VLSI Design”, Prentice Hall International Editions, 3rd Edition.
11. Spruth W., (1989): “The Design Of A Microprocessor”, Springer Verlag.
12. Taub H., Schilling D., (1983): “Digital Integrated Electronics”, Mc Graw-Hill Publishing Company, 10th Edition.
13. Tellez G. & Sarafzadeh M., (1997): “Minimal Buffer Insertion In Clock Trees With Skew And Slew Rate Constraints”, IEEE Transactions On Computer Aided Design Of Integrated Circuits And Systems, 16, 333-342.
14. Tredennick N., (1987): “Microprocessor Logic Design”, Digital Press.
15. Uyemura J., (1993): “Circuit Design For CMOS VLSI”, Kluwer Academic Publishers, 3rd Edition.
16. Vittal A., Sadowska M., (1997): “Crosstalk Reduction For VLSI”, “IEEE Transactions On Computer Aided Design Of Integrated Circuits And Systems”, 16, 290-298.
17. Wiatrowski C., House H., (1980): “Logic Circuits And Microcomputer Systems”, Mc Graw- Hill Publishing Company.