The recent growth in portable systems that require a large amount of control processing demands a microcontroller with both high performance and low power dissipation. Since the memory in microcontroller systems dominates the total power dissipation, it is very important to design a microcontroller that reduces memory accesses as well as the power dissipated by the microcontroller itself. This thesis suggests a RISC microcontroller core architecture, which minimizes memory data transfer by employing an efficient 16-bit fixed length instruction set and by allowing data to be transferred in 8-, 16-, or 32-bit size for load/store instructions. Many other low-power design techniques that have been proposed by previous works are also introduced in it. The impacts of the new instruction set architecture on power reduction are evaluated by comparing the instruction count of Dhrystone 1.1 code with those of other microcontrollers. Comparing the estimated capacitance of the synthesized decode circuit with the capacitance associated with memory transfer reveals that the additional decoding overhead is not so great against the gain in code size.
최근에는 휴대형 게임기, 휴대 전화, PDA와 같은 고성능 컨트롤이 필요한 휴대형 시스템 시장이 크게 성장함에 따라 전력을 적게 소모하면서도 성능이 뛰어난 마이크로컨트롤러가 요구되고 있다. 위와 같은 고성능 휴대형 시스템에서 주로 전력이 소비되는 부분은 대부분의 경우 마이크로컨트롤러 서브시스템 내부의 메모리와 그 인터페이스이다. 따라서 저전력 시스템을 위한 마이크로컨트롤러는 자체에서 전력을 적게 소모하는 것도 물론 중요하지만, 메모리 액세스를 줄이는 것이 더욱 중요하다. 이 논문에서는 16비트의 고정적인 길이를 갖는 효율적인 명령어 집합을 가지며, 메모리에 읽고 쓰는 모든 작업에 대해 8, 16, 32 비트 단위의 데이터 전송을 가능하게 하여 메모리 액세스를 최소화하는 RISC 구조의 마이크로컨트롤러를 제안한다. 이 마이크로컨트롤러에는 또한 이전에 연구되었던 많은 다른 저전력 설계 기술들이 도입되어 있다. Dhrystone 1.1 벤치마크 프로그램의 길이를 다른 명령어 집합들과 비교함으로써 이 마이크로컨트롤러의 명령어 집합 구조가 전력을 줄이는 데 얼마나 도움이 되는지를 알아보았다. 그리고 디코드 회로를 합성을 통해 만들고 그 커패시턴스의 총합을 구해 예상되는 전력 소모를 대략적으로 계산하고, 메모리 액세스에 드는 전력과 비교함으로써 복잡해진 명령어를 디코드하는 데 드는 추가적인 전력이 프로그램의 길이를 줄임으로써 얻어지는 전력의 이득에 비해 작다는 것을 보였다.
