基于VHDL語言的8051IP核的設(shè)計與驗(yàn)證研究.pdf

1、單片機(jī)自1976年問世以來,作為微型計算機(jī)一個很重要的分支,受到了人們的廣泛關(guān)注和重視,尤其是美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī),由于其具有集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等優(yōu)點(diǎn),在我國已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用.然而,隨著信息時代的到來,傳統(tǒng)單片機(jī)固有的結(jié)構(gòu)缺陷,使其呈現(xiàn)出諸多弊端,其速度、規(guī)模、性能等指標(biāo)越來越難以滿足用戶很多場合的需求.因此單片機(jī)芯片的開發(fā)、升級面臨著新的挑戰(zhàn). 伴隨著集成電

2、路(IC)技術(shù)的發(fā)展,電子設(shè)計自動化(EDA)已逐漸成為數(shù)字集成電路系統(tǒng)設(shè)計的重要手段.并且伴隨著系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的飛速發(fā)展,片上系統(tǒng)SOC以其高集成度、高性能、低功耗、低成本等諸多優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注.而知識產(chǎn)權(quán)模塊IP正是實(shí)現(xiàn)SOC的核心技術(shù),是SOC設(shè)計的關(guān)鍵.在SOC設(shè)計中幾乎都會將微處理器、存儲單元等通用IP模塊集成到FPGA中構(gòu)成可配置的SOC芯片.基于IP核復(fù)用技術(shù)的設(shè)計方法能大大提高SOC開發(fā)效率,降低設(shè)計成本,從而逐漸成

3、為一種主流設(shè)計方法..在芯片設(shè)計中大量復(fù)用知識產(chǎn)權(quán)模塊IP,可以使IC設(shè)計者把精力集中在更高層次上的設(shè)計上,從而加快芯片的開發(fā)速度.開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的IP核不僅具有廣泛的應(yīng)用前景而且對提高我國集成電路設(shè)計和應(yīng)用水平具有重要意義. 本論文的研究任務(wù)是以8051單片機(jī)為藍(lán)本,并與FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)相結(jié)合,使用硬件描述語言VHDL,來實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的邏輯描述,開發(fā)出能夠應(yīng)用于FPGA的8051IP核,所實(shí)現(xiàn)的指令系統(tǒng)與8051單片機(jī)的

4、指令系統(tǒng)完全兼容.再以Quartus Ⅱ軟件為工具,完成所有模塊的軟件仿真測試. 設(shè)計并實(shí)現(xiàn)8051IP核具有很多現(xiàn)實(shí)意義.從教學(xué)上說,可以促進(jìn)單片機(jī)技術(shù)和可編程邏輯器件課程的教學(xué)工作,而且目前我國教育信息化資源技術(shù)建設(shè)正如火如荼,實(shí)現(xiàn)的8051IP核也可以在某些方面加快教育信息化的發(fā)展. 本文首先對8051單片機(jī)進(jìn)行原理分析和特征提取、介紹了:EDA開發(fā)工具以及本IP核的設(shè)計方案.利用自頂向下的設(shè)計方法把8051IP核

5、劃分成了多個子模塊,并在QuartusⅡ軟件中分別用VHDL語言來完成了各個子模塊實(shí)現(xiàn)程序的編寫.最后,又采用原理圖連接的方法把各個模塊連接起來組成了完整的8051Ⅱ)核. 設(shè)計完成后,在Quartus Ⅱ軟件中對所設(shè)計的8051IP)核的各個子模塊和整體分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證.仿真中,采用了觀察仿真波形的方法來驗(yàn)證仿真的結(jié)果.經(jīng)驗(yàn)證,所設(shè)計的8051IP核的功能基本正確. 論文的最后,又對本文的工作做了一下總結(jié),指出了論文