随着芯片集成度越来越高,系统功能越来越复杂,如何在设计初期就整体确定芯片的功能、评估芯片功耗和时序等方面的性能,成为芯片设计的关键问题之一。本文以兼容MCS 51指令集的8位微控制器内核为载体,研究基于SystemC的系统级建模技术,以及8位微控制的寄存器级建模技术,研究在系统级、RTL级的验证与实现方法。首先研究系统级建模技术。在充分研究8位微控制器体系结构、功能特点,指令格式、指令寻址方式、指令执行流程、指令执行时序特点等基础上,研究基于SyetemC的系统级建模技术,建立微控制器的主要部分的系统级模型,分别建立控制及数据通道模块模型,及相应的仿真环境。其次,在RTL级设计8位微控制器,对其中的主要电路做优化设计。通过分析电路结构层次,采用不同的编码风格优化译码器模块,在FGPA上的综合实现结果表明,优化后的译码器的占用的资源比原译码器少43个ALUT,是原有资源的70.1%。最后,研究MCU的验证与实现技术。从系统、RTL级等多个层次验证微控制器测试验证技术,制定测试计划,设计测试平台,实现全指令集测试、基于覆盖率的功能模块的测试。