基于FPGA的8051IP核的设计与实现

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1、第l9卷第3期计算机技术与发展＼，()11()N()．320()【j年3月(()^iPIYFERTE(7HN()lXYANI)DE"v~LOPMENTMar．2009基于FPGA的8051IP核的设计与实现徐慧，王金海，王巍(天津工业大学信息与通信工程学院，天津300160)摘要：裁减并完善了与MC8—51系列微处理器指令集完全兼容的8(}51IP核，减少了设计面积，提高了处理速度。按照自顶而下的设计原则，分别设计了算术逻辑单元、中心控制器、定时针数器、串行口、RAM和ROM单元。设计采用VttDL语言进行描述并鼠用ModelsirnSE6．0进行功能和时序验

2、证。将8051IP核下载到Xilinx公司的FPGA(xC3S5()oE一4FG320C)dr_进行物理验证，测试了一个LED流水灯程序，结果表明软核达到预期的效果。本设计作为可移植的IP核，可以组成片上系统，用于嵌入式系统领域。关键词：IP核；MCS一51微处理器；CPU核；FtK；A；可编程片上系统中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1673—629X(2009)03—0042—04DesignandImplementationof8051IPCoreBasedonFPGAXUHui，WANGJin．hai，WANGWei(SchoolofInf

3、ormationmidCommunicationEngineering，TianjinPolytechnicUniversity，Timljin300160，China)Abstr'aet：Designedandreduced8051IPcorecompatibletbindustrialstandardMCS一51microprocessor，notonlycutdowntheare2tbutalsoincreasedtheprocessingspeed．SomeimportantunitssuchasALU，centralcontroller，timer／

4、cotmter，theserialport，RAMandROMweredesignedbyusingTop—Dawndesigningprinciple．ThedasignwasdescribedbyVHDLlanguage。andverifiedwithModel—simSE6．0simulator．Finally．theLorewasdownloadedintoXilinxnAchip(XC3S500E一4FE-320C)tomakephysicaltest．TheledshinningexperimentWaSdone．andtheresultshows

5、that出ecoreachievestheexpectedgoa1．The8051CPUoDreisanimportantpartofS()Pc，wk,ichcanheusedinmanyembeddeddomains，suchascontrolandcommunication．Keywords：IPcore；MC~一51mieroprocescmr；CPUcore；FPGA；SOPCO引言重要的一支，也是应用领域最广泛的一类嵌入式近年来，随着徽电子学和计算机科学的迅速发展，核l1J。在单片机家族中，MCS一51是一个独特的系给电子设计自动化(EDA)行业带来

6、了巨大的挑战和变列，Intel公司创建了8位机的经典系列结构，由于其革，具有再利用率高、高设计效率、缩短设计周期等特具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统机构简单、点的嵌入式设计正日益成为数字系统设计的一个热价格低廉等优点，在我国已经得到非常广泛的应用。点。应用这一方法设计的各种嵌入式核、IP(Intellec但单片机自身也有着许多固有缺点，如低速、PC．的“跑tualProperty)和可编程单片集成SOPC(SystemOn飞”、开发周期长等，这一定程度上限制了它的使用。ProgrammableChip)已被广泛地应用于掌上型设备、运用可编程逻辑器件(F

7、PGA)实现的8051核，克服了智能卡和各类微控制系统中。嵌入式核的实现是整个传统8051本身固有的缺点，在最高时钟频率、稳定程嵌入式没计的关键，在各种嵌人式核中，CPU核是很度、指令的执行效率、易于升级、易于扩展使用等诸多方面都有了很大的提高，从而可以大大提高以8051单片机为控制系统的各种应用系统的性能参数。另外，收稿日期：2008—07—18建立8051CPU可综合1P核对于各种嵌入式系统和可基金项目：天津市凸然科学毡金(0cYBjC147(X))编程片上系统(SOPC)的应用也．具有十分重要的意义，作者简介：徐慧(1980一)，，陕西府谷人，硕士研究冀

8、i，研究方向为嵌入式系统；王金海，博士