MC8051单片机IP核的FPGA实现与应用VIP免费

1 引言 长期以来，单片机以其性价比高、体积小、功能灵活等方面的独特优点被广泛应用。但受其内部资源的限制，单片机需要在片外扩展相关资源。为了达到处理速度和控制灵活性方面的需求，采用微控制器和可编程逻辑器件设计单片机嵌入式系统。随着现场可编程逻辑阵列(FPGA)及 EDA 技术的发展，百万门级的 FPGA、可重构的嵌入式 MCU 核、功能复杂的 IP 核及各种功能强大的 EDA 工具的出现，实现将 MCU、存储器和一些外围电路集成到一个芯片成为可能。随着 IP 核技术在 FPCA 中的应用，特别是 MCU IP 核技术的发展。出现了性能不同的嵌入式 MCU 软核。MCS-51 系列 MCU 是目前应用时间最长、最普及、可获得应用资料最多的功能强大的 8 位MCU，建立805l MCU 可综合IP 核对于各种嵌入式系统和片上系统(SOC)的应用。针对8051MCU 的应用前景，出现了几个比较典型的 805l IP 核，如DW8051 核．OpenCore 组织的 0C8051 核及 T51 核，MC805l 核等。这些 IP 核都是采用 HDL 语言描述的软 MCU 内核，其与工艺无关，能够在多种 FPGA 上进行逻辑综合及实现。这里采用免费的 MC805lIP 核，通过对MC8051 结构原理的分析，详细论述其在 FPCA 中的实现及应用。 2 MC8051 IP核基本结构及原理 MC8051 是与MCS 一 5l 系列微处理器指令集完全兼容的 8 位嵌入式微处理器，通过芯核重用技术，可广泛应用在一些面积要求比较苛刻，而对速度要求不是很高的片上系统中。 2．1 MC8051 功能特点 采用完全同步设计：指令集和标准8051 微控制器完全兼容；指令执行时间为 l～4 个时钟周期，执行性能优于标准805l 微控制器8 倍左右；用户可选择定时／计数器、串行接口单元的数量，最多可增加到 256 组；新增特殊功能寄存器用于选择不同的定时／计数器、串行接口单元；可选择是否使用乘法器(乘法指令MUL)；可选择是否使用除法器(除法指令DIV)；可选择是否使用十进制调整功能(十进制调整指令DA)；I/0 口不复用，无双向数据I／O 端口，输入、输出端口独立；内部带256Byte RAM；⑾最多可扩展至 64 KB 的 ROM和 64 KB 的 RAM；与工艺无关，可通过修改 VHDL 源代码扩展及参数化设置。 2．2 MC8051 结构及设计层次 图 1 给出 MC805l_eore 的顶层设计模块及其子模块，包括顶层的各个信号端口及 3 个存储器模块。同时给出了顶层的输入输出 I／O 口。定时/计数器和串行接口单元，对应于图中...