가변 스테이지 파이프라인을 적용한 고속 8비트 마이크로프로세서의 설계

Abstract

현재 많은 임베디드 환경 및 산업 현장에서 다양하고 고성능의 어플리케이션 프로세서가 이용되고 있다. 그중에는 16비트 및 32비트의 고성능의 프로세서도 많이 있지만 8비트 마이크로프로세서도 많이 사용되고 있다. 특히, 인텔에서 1980년 MCS-51이란 이름으로 처음 개발된 8051 마이크로컨트롤러는 CISC(Complex Instruction Set Computer)의 범주에 포함되는 MCU로서 상당히 오래전에 출시된 아키텍처이지만 현재까지도 다양한 어플리케이션 분야에서 많이 쓰이고 있다. 그러나 고성능의, 고속의 프로세싱을 요구하는 현재의 임베디드 환경에서는 ARM이나 AVR 등 고성능의, 또 고속의 임베디드 CPU들이 8051을 점점 대체해 나가고 있다. 그런데 프로세서를 교체하게 되면 칩뿐만이 아니라 응용프로그램들도 모두 새로 교체해야 하는 문제가 발생한다. 그래서 교체비용을 들여 굳이 다른 프로세서, 다른 프로그램으로 바꾸지 않더라도 기존의 명령어 세트를 유지한 고성능의 8051이 있다면 응용프로그램의 교체비용이 줄어들게 된다. 여기서 바로 고성능의 8051 개발의 필요성이 중요하게 생각할 수 있는 것이다. 즉, 많은 임베디드 환경에서 여전히 8051의 수요가 많이 있기 때문에 기존의 8051 인스트럭션에 100% 호환이 가능하면서 원래의 8051 프로세서와 달리 가변형 파이프라인을 적용하여 보다 고속으로 동작하는 프로세서를 제작한다. 그래서 기존의 8051 프로세서를 쓰는 여러 분야에서 고성능의 CPU를 사용하게 됨으로써 발생하는 추가 대체 비용을 소모하지 않으면서도 고성능의 8051 코어를 제작하는 것이 본 논문의 목표이다.