OC8051

我们以开源IP分享网站 opencores.org 上面的一款开源8051核-oc8051为基础，介绍8051的结构、工作原理、硬件描述的实现及在FPGA上的仿真、移植过程。
oc8051下载地址：https://opencores.org/project/8051

oc8051与8051微控制器是兼容的。所谓兼容性是指oc8051使用相同的指令集。实现起来当然各有差异。 首先，最重要的区别是有两个阶段的流水线操作。在第一周期指令及其操作数被取出和解码时，第二周期用于计算结果并将其写入存储器。我们通过额外的寄存器来实现这一点，其唯一的任务是将信号延迟一个时钟周期。这是必须的，因为我们的想法是我们已经在第一个周期中设置了所有控制信号，然后将一个不需要的控制信号（例如，保存结果的地址）延迟一个周期。 因为我们可能还需要指令的第二个和第三个字节，所以我们使用24位宽总线的程序ROM。由于处理器设计的需要，我们还使用能够同时写入和读取的内部存储器。 其中一个重要方面是总线控制，由主模块（oc8051decoder）处理。我们通过控制信号来实现这一点，控制信号连接到在每个总线开始时设置的多路复用器。有了多路复用器，我们设置了谁控制总线 ===oc8051文件组织目录=== * oc8051 * asm 软件相关文件 * hex * in * v * vec * bench 仿真相关文件 * verilog * doc 说明文档 * pdf * src * rtl verilg代码 * verilog * sim RTL仿真文件 * rtlsim

• sw ROM生成工具
  • source
• syn 工程文件
  • src

Ports:

• -rst reset
• -clk clock
• -romaddr Program Memory address * -romdata Program Memory data
• -ea external access: is used when the external memory is accesed
• -int0 external interrupt 0
• -int1 external interrupt 1
• -dati input for external Data Memory * -dato output for external Data Memory
• -adro external Data Memory address * -weo writing to external Data Memory
• -stbo strobe * -acki acknowlage
• -cyco cycle * -p0in, p1in, p2in, p3in port inputs * -p0out, p1out, p2out, p3out port outputs * -op1, op2, op3 inputs from external Program Memory (3x 8 bitov) * -rxd receive * -txd transmit * -t0, t1 t/c external inputs ===2.oc8051decoder===

oc8051decoder是主要模块。 该模块从程序存储器中获取操作代码，然后设置控制信号。
模块有两个内部信号。
首先是两位宽的信号-state。 该信号显然保存有关状态的信息，即流水线的状态。 该信号的典型值为b00。 仅当流水线中的指令执行被阻塞时（遇到jumps），才会更改此值。
第二个内部信号是op，这是寄存器，我们在其中保存操作代码，并且当指令执行需要多于一个时钟周期时,op才会被用到。
这个模块由5个‘always’块组成：
* 第一个利用'case'判断流水线状态，通过状态state和操作码op设置控制信号。 * 第二个是用来记住操作码。 * 第三个是设置信号state到期望值。 * 第四个关注输出信号中断返回指令 * 第五个用来产生信号writex 输入输出信号
- clk (in) clock
- rst (in) reset
- opin (in) 操作码, 由memoryinterface得到，[oc8051opselect.op1]
- eq (in) 比较结果 [oc8051comp.eq]
- ramrdsel (out) 选择信号, 读ram地址选择 [oc8051ramrdsel.sel, oc8051sp.ramrdsel]
- ramwrsel (out) 选择信号,写ram地址选择 [oc8051ramwrsel.sel -r, oc8051sp.ramwrsel -r]
- wr (out) 读写位1表示写，0表示读[oc8051ramtop.wr -r, oc8051acc.wr -r, oc8051bregister.wr -r, oc8051sp.wr-r, oc8051dptr.wr -r, oc8051psw.wr -r,oc8051indiaddr.wr -r, oc8051ports.wr -r]
- srcsel1 (out) 选择alu 资源1 [oc8051alusrc1sel.sel -r]
- srcsel2 (out) 选择alu 资源 2 [oc8051alusrc2sel.sel -r]
- srcsel3 (out) 选择alu 资源 3 [oc8051alusrc3sel.sel -r]
- aluop (out) alu 操作[oc8051alu.opcode -r]
- pswset (out) 定义在PSW寄存器中设置哪个标志 cy, ac, ov from alu [oc8051psw.set -r]
- cysel (out) alu中进位选择信号 [oc8051cyselect.cysel -r]
- compsel (out) 比较内容选择 [oc8051comp.sel]
- bitaddr (out) 位寻址 [oc8051ramtop.bitaddr -r, oc8051acc.wrbit -r, oc8051bregister.wrbit-r, oc8051sp.wrbit -r, oc8051dptr.wrbit -r, oc8051psw.wrbit -r, oc8051indiaddr.wrbit -r, oc8051ports.wrbit -r]
- pcwr (out) pc 写 [oc8051pc.wr]
- pcsel (out) pc 选择[oc8051pc.pcwrsel]
- rd (out) rom 中读[oc8051pc.rd, oc8051opselect.rd]
- reti (out) 中断返回 [pin]
- rmw (out) 读-修改-写 指令时有效[oc8051ports.rmw]
- pcwait (out)

===参考来源===：
opencores的设计文档 < oc8051_design >
李全利老师主编的《单片机原理及接口技术》
网友oldbeginner的开源软核学习笔记：http://xilinx.eetop.cn/space.php?uid=1214938&op=bbs
网友leishangwen的《DE2上使用OC8051运行点灯程序》：
https://download.csdn.net/download/leishangwen/5173363
由于水平所限，难免有不对之处，欢迎指正。