随着集成电路产业的飞速发展,微控制器芯片（MCU）得到很大的关注,在国防、商业以及生活服务中扮演着越来越重要的角色。目前MCU中最具有代表性的是ARM系列的处理器,因而对MCU的研究工作大部分是围绕ARM处理器及其指令集架构展开的。此外,ARM DesignStart计划顺利开展,为ARM处理器的研究提供了便利。本文基于GPS接收机解算算法的应用需求,通过研究微控制器的工作原理与实现方法,分析并利用ARMCortex-M3的软核IP,设计了一款可运行GPS基带信号解算程序的微控制器,并在FPGA上验证了其功能的正确性。本文首先对微控制器片上系统进行介绍,包括微控制器整体设计、ARM指令集的基本概念、ARM Cortex-M系列处理器的特点和软核ARM Cortex-M3的内部结构。接着基于自顶向下的设计思想和AMBA总线协议,对系统进行模块划分和功能定义,使用Verilog HDL硬件描述语言完成对微控制器的总线系统、存储系统、外设系统等模块的RTL级代码设计和系统集成。在硬件逻辑设计过程中,编写测试案例,并搭建Verilog与C语言混合仿真平台,进行定向功能测试。在软件程序设计过程中,基于ARM Cortex微控制器软件接口标准（CMSIS）,完成软件应用程序与微控制器硬件逻辑的映射。最后以FPGA为原型验证平台,验证该微控制器是否满足应用程序运行的要求。基于本文所设计的ARM微控制器采用软硬件协调设计模式,以ARM Cortex-M3的FPGA实现为硬件平台来运行以C语言编写的GPS解算程序,实际解算结果与在计算机上的结果一致。这初步证明了基于本文设计的MCU可实现GPS位置解算,为卫星定位接收机的研究设计提供了参考,具有一定的现实意义和市场价值。