MC8051單片機IP核的FPGA實現(xiàn)與應用

圖2中，最頂層是用戶的實際應用設計模塊，它將ROM、RAM及mc8051_core封裝在內部。實際應用中用戶可添加自定義附加邏輯模塊，與設計層次中的RAM、ROM模塊處于同一個層次。
2．3 MC8051硬件模塊
單片機作為一個大型設計，其內核由定時器時鐘管理單元、ALU算數邏輯單元、串口及控制單元、存儲單元RAM及ROM等模塊組成。
2．3．1 時鐘管理單元
MC8051內核采用完全同步的時鐘設計。只有一個時鐘信號控制每個存儲單元的輸入。沒有使用門時鐘，時鐘沒有輸入到任何組合邏輯單元。中斷輸入線使用兩級同步(鎖存2次)與全局時鐘同步。可以達到完全同步，即使用其他時鐘的外部電路在驅動。并行I／0端口沒有采用這種同步方式。
2．3．2 定時器、串口和中斷
標準8051微控制器只提供兩個定時／計數器單元、一個串口單元及兩個外部中斷源。而在MC805l IP核中，這些單元最多可增加到256組，只需修改VHDL源代碼增加兼容的單元數。在VHDL源程序文件mc8051_p．vhd中，更改C_IMPL_N_TMR、C_IMPL_N_SIU、C_IMPL_N_EXT的常量值就可以，其范圍是1~256。相關的VHDL代碼如圖3所示。

這里C_IMPL_N_TMR、C_IMPL_N_SIU、C_IMPL_N_EXT3個常量參數不能獨立修改數值，只能同時增減。C_IMPL_N_TMR加l意味著對應的添加了2個定時/計數器、一個串口單元和2個外部中斷源。為了能尋址所生成的單元而不改變微控制器的地址空間，在微控制器的特殊功能寄存器(SFR)內存空間增加了2個8位寄存器作為附加功能寄存器：分別是TSEL(定時／計數器選擇寄存器，地址為Ox8E)和SSEL(串口選擇寄存器，地址為Ox9A)。如果以上的寄存器指向不存在的器件單元，將使用默認的l單元，如果沒有對這兩個寄存器賦值，其缺省值為1。如果在中斷發(fā)生期間設備(寄存器)沒被選中(比如TSEL)，那么相應的中斷標志位將保持置位，直到執(zhí)行中斷服務程序。
2．3．3 存儲器接口單元
由于采用優(yōu)化結構設計，存儲器采用同步結構，限制輸入、輸出的時序，因而存儲器輸入、輸出數據沒用寄存器寄存。
2．3．4 可選擇指令
在某些場合，有些指令是用不到的，因此，通過禁用這些指令節(jié)省片上資源。這些指令有8位乘法器(MUL)、8位除法器(DIV)和8位十進制調整器(DA)。禁用時只需要在VHDL源程序文件mc8051_p．vh中將C_IMPL_MUL(乘法指令MUL)、C_IMPL_DIV(除法指令DIV)或C_IMPL_DA(十進制調整指令DA)的常量值設置為0即可。如果這3條可選指令沒有被執(zhí)行，器件可節(jié)省約10％的資源。相應的VHDL程序代碼段如圖4所示。