MC8051单片机IP核的FPGA实现与应用.doc

。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。 MC8051单片机IP核的FPGA实现与应用主要关注的是如何利用现代的现场可编程逻辑阵列（FPGA）技术和IP核技术，将传统的8位MCU——MCS-51系列，集成到单一芯片上，形成一个高度集成的嵌入式系统或片上系统（SOC）。MCS-51系列由于其广泛的应用和丰富的资源，成为FPGA实现的理想选择。 FPGA的发展，如百万门级的器件，以及电子设计自动化（EDA）工具的进步，使得将MCU、存储器和外围电路集成到一块芯片成为可能。IP核技术在此过程中发挥了关键作用，尤其是MCU IP核，它允许设计者创建可定制的微控制器内核，适应不同的性能需求。在这种背景下，8051 MCU的IP核如DW8051、OC8051、T51和MC8051等应运而生，它们都是用硬件描述语言（HDL）如VHDL编写的软核，可以在多种FPGA上进行逻辑综合和实现。 MC8051 IP核具备以下特点： 1. 兼容标准8051微控制器的指令集，执行速度快，通常指令执行时间为1到4个时钟周期，性能优于标准8051。 2. 用户可选择定时/计数器和串行接口单元的数量，最多可达256组。 3. 提供额外的特殊功能寄存器，用于配置不同的定时/计数器和串行接口单元。 4. 支持乘法器和除法器的选配。 5. 包含独立的输入/输出I/O口，不复用，提供256Byte的内部RAM。 6. 可扩展至64KB的ROM和64KB的RAM。 7. 与工艺无关，可以通过修改源代码进行扩展和参数化设置。 MC8051 IP核的结构分为多个层次，包括顶层模块、存储器模块、I/O口、定时/计数器、算术逻辑单元（ALU）、串行接口单元和控制单元。其中，时钟管理单元采用全同步设计，确保所有操作在统一时钟信号下同步进行。定时器、串口和中断功能可以根据需求进行扩展，通过修改VHDL源代码中的常量参数即可。 在实际应用中，用户可以将IP核封装在自己的设计中，添加自定义逻辑模块，并结合RAM和ROM模块，以满足特定的系统需求。这样的设计方法提高了系统的灵活性和可定制性，同时也降低了系统的成本和体积，适用于对处理速度要求不高但对集成度有较高要求的嵌入式系统和片上系统。