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oc8051软核 [2018/09/11 18:07] group003 [关于OC8051] |
oc8051软核 [2018/09/12 17:47] (当前版本) group003 [参考来源] |
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行 2: | 行 2: | ||
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。 \\ | 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下载地址:https://opencores.org/project/8051 \\ | ||
- | ====1.关于OC8051==== | + | ====1 关于OC8051==== |
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。 | 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。 | 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。 | ||
行 30: | 行 30: | ||
{{::oc8051-接口.gif?380|}} | {{::oc8051-接口.gif?380|}} | ||
{{::oc8051-接口描述.gif.png|}} \\ | {{::oc8051-接口描述.gif.png|}} \\ | ||
- | ====模块描述==== | + | =====2 模块描述===== |
- | ===1.oc8051_top=== | + | ===2.1 译码和运算模块=== |
+ | ==2.1.1 oc8051_top== | ||
Ports: | Ports: | ||
* -rst reset | * -rst reset | ||
行 53: | 行 54: | ||
* -txd transmit | * -txd transmit | ||
* -t0, t1 t/c external inputs | * -t0, t1 t/c external inputs | ||
- | ===2.oc8051_decoder=== | + | ==2.1.2 oc8051_decoder== |
oc8051_decoder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。 \\ | oc8051_decoder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。 \\ | 模块有两个内部信号。 \\ | ||
行 86: | 行 87: | ||
- rmw (out) 读-修改-写 指令时有效[oc8051_ports.rmw]\\ | - rmw (out) 读-修改-写 指令时有效[oc8051_ports.rmw]\\ | ||
- pc_wait (out)\\ | - pc_wait (out)\\ | ||
- | ===3.oc8051_alu=== | + | ==2.1.3 oc8051_alu== |
模块oc8051_alu表示用于算术和逻辑运算的组合逻辑。\\ | 模块oc8051_alu表示用于算术和逻辑运算的组合逻辑。\\ | ||
模块有3个8位输入操作数(第三个操作数用于计算PC或DPTR的地址)和3个输入信号。 这三个信号分别是进位,辅助进位和用于位寻址指令的信号。还有四位宽的操作码输入。\\ | 模块有3个8位输入操作数(第三个操作数用于计算PC或DPTR的地址)和3个输入信号。 这三个信号分别是进位,辅助进位和用于位寻址指令的信号。还有四位宽的操作码输入。\\ | ||
行 107: | 行 108: | ||
* OC8051_ALU_XCH – 交换,第一个输入传输到第二个输出,反之亦然。 如果设置了进位,则只更改字节的最低半部分 | * OC8051_ALU_XCH – 交换,第一个输入传输到第二个输出,反之亦然。 如果设置了进位,则只更改字节的最低半部分 | ||
运算码在文件oc8051_defines.v中。输出是2个八位宽结果,还有进位,辅助进位和溢出。乘法和除法子模块分别定义在oc8051_multiply 和 oc8051_divide 中。它俩都有八位宽的输入总线和2个八位宽输出总线,1个总线输出结果,另一个总线输出进位标志。 | 运算码在文件oc8051_defines.v中。输出是2个八位宽结果,还有进位,辅助进位和溢出。乘法和除法子模块分别定义在oc8051_multiply 和 oc8051_divide 中。它俩都有八位宽的输入总线和2个八位宽输出总线,1个总线输出结果,另一个总线输出进位标志。 | ||
- | ===4.oc8051_pc=== | + | ==2.1.4 oc8051_pc== |
模块oc8051_pc实际上是一个程序计数器。 它计算下一条指令的地址值。模块中的输入是操作码,我们用它来计算地址的值。 还有一些输入用于跳转(op2和op3用于绝对跳转,alu输入用于相对寻址),还有用于选择新pc源的信号(pc_wr_sel)和输入新地址的信号(wr)。 | 模块oc8051_pc实际上是一个程序计数器。 它计算下一条指令的地址值。模块中的输入是操作码,我们用它来计算地址的值。 还有一些输入用于跳转(op2和op3用于绝对跳转,alu输入用于相对寻址),还有用于选择新pc源的信号(pc_wr_sel)和输入新地址的信号(wr)。 | ||
模块的唯一输出是程序计数器的16位宽的当前值。 | 模块的唯一输出是程序计数器的16位宽的当前值。 | ||
- | ===5.oc8051_rom=== | + | ==2.1.5 oc8051_rom== |
该模块包含了程序存储器。 程序存储器取决于我们的实现方式。\\ | 该模块包含了程序存储器。 程序存储器取决于我们的实现方式。\\ | ||
模块中的输入是16位地址。 输出是三个8位数据总线和ea_int信号。 输入地址来自数据的第一个字节(data1),第二个和第三个字节(data2,data3)位于以下地址。 这是流水线不间断运行的必备条件。Ea_int信号等于外部ea信号,如果所使用的地址对于内部程序存储器来说太大了,那么就需要使能该信号,来访问外部程序存储器。\\ | 模块中的输入是16位地址。 输出是三个8位数据总线和ea_int信号。 输入地址来自数据的第一个字节(data1),第二个和第三个字节(data2,data3)位于以下地址。 这是流水线不间断运行的必备条件。Ea_int信号等于外部ea信号,如果所使用的地址对于内部程序存储器来说太大了,那么就需要使能该信号,来访问外部程序存储器。\\ | ||
- | ===6.oc8051_comp=== | + | ==2.1.6 oc8051_comp== |
模块oc8051_comp的功能是比较两个输入并在输入相同时设置输出。 在条件跳转时,计算条件需要该模块。\\ | 模块oc8051_comp的功能是比较两个输入并在输入相同时设置输出。 在条件跳转时,计算条件需要该模块。\\ | ||
比较输入有不同的选项:\\ | 比较输入有不同的选项:\\ | ||
行 121: | 行 122: | ||
- 位进位(来自存储器) \\ | - 位进位(来自存储器) \\ | ||
这些选项足以满足8051中的所有条件跳转。输出连接到oc8051_decoder的输入,在需要时传输到pc_wr。\\ | 这些选项足以满足8051中的所有条件跳转。输出连接到oc8051_decoder的输入,在需要时传输到pc_wr。\\ | ||
- | ===7.oc8051_op_select=== | + | ==2.1.7 oc8051_op_select== |
所有来自程序存储器的数据都要经过该模块。它有三项任务。\\ | 所有来自程序存储器的数据都要经过该模块。它有三项任务。\\ | ||
第一项任务是选择使用哪种内存,内部或外部。这项任务有点像多路复用器:它具有用于输入的ea和ea_int信号(当这两个信号任意一个低电位时,将是外部空间的读周期)和输出。\\ | 第一项任务是选择使用哪种内存,内部或外部。这项任务有点像多路复用器:它具有用于输入的ea和ea_int信号(当这两个信号任意一个低电位时,将是外部空间的读周期)和输出。\\ | ||
该模块的第二个任务是接收中断。为此,除了3个8位输入之外,该模块还具有两个用于接收中断的输入信号。这些是信号int和8位的int_v。如果设置了int信号,我们有一个中断,在8位总线上,我们接收到中断程序的地址(高8位为零)。在中断时,检查当前正在执行的指令是否大于一个时钟周期(输入信号rd),然后将LCALL操作码发送到第一个输出。随后发送中断程序其他两个输出的地址。\\ | 该模块的第二个任务是接收中断。为此,除了3个8位输入之外,该模块还具有两个用于接收中断的输入信号。这些是信号int和8位的int_v。如果设置了int信号,我们有一个中断,在8位总线上,我们接收到中断程序的地址(高8位为零)。在中断时,检查当前正在执行的指令是否大于一个时钟周期(输入信号rd),然后将LCALL操作码发送到第一个输出。随后发送中断程序其他两个输出的地址。\\ | ||
该模块的最后一个任务是检查操作码并发送存储器地址,以便将结果写入输出中。这与需要DPTR用于计算结果的指令和使用B寄存器的指令一起使用。使用此选项可以实现以后的立即寻址模式。必须要小心啦,因为第二个操作数有两个不同输出,一个用于ALU中的立即操作数,另一个用于直接寻址。\\ | 该模块的最后一个任务是检查操作码并发送存储器地址,以便将结果写入输出中。这与需要DPTR用于计算结果的指令和使用B寄存器的指令一起使用。使用此选项可以实现以后的立即寻址模式。必须要小心啦,因为第二个操作数有两个不同输出,一个用于ALU中的立即操作数,另一个用于直接寻址。\\ | ||
- | ===8.oc8051_regX=== | + | ==2.1.8 oc8051_regX== |
oc8051_regX模块代表X位寄存器,其功能仅在于将信号延迟一个时钟周期。 除了时钟和复位输入外,它们还具有数据输入和输出。 | oc8051_regX模块代表X位寄存器,其功能仅在于将信号延迟一个时钟周期。 除了时钟和复位输入外,它们还具有数据输入和输出。 | ||
- | ====数据存储器和特殊功能寄存器(SFR)==== | + | ===2.2 数据存储器和特殊功能寄存器(SFR)=== |
下面的模块包括两部分, | 下面的模块包括两部分, | ||
* 数据存储器和特殊功能寄存器模块 | * 数据存储器和特殊功能寄存器模块 | ||
行 147: | 行 148: | ||
地址可以不同,以便处理位操作指令或字节操作指令。物理地址定义在oc8051_defines.v文件中。\\ | 地址可以不同,以便处理位操作指令或字节操作指令。物理地址定义在oc8051_defines.v文件中。\\ | ||
除了输入空间外,还有数据地址输入空间和数据输出空间。\\ | 除了输入空间外,还有数据地址输入空间和数据输出空间。\\ | ||
- | + | ==2.2.1 oc8051_ram_top== | |
- | + | 该模块包含数据存储器。 它的工作方式类似于普通内存和我们所需的(能够进行位寻址)的内存类型。 在位寻址模式中,我们必须使用地址字节中正确的位数值。 当写周期时,必须读取整个字节,改变相应位的值,必须将所有字节再写回存储器。\\ | |
- | + | 该模块的子模块是oc8051_ram。 该模块依赖于所用的实现方式,它是一个具有8位地址的普通存储器。 由于流水线的原因,需要同时进行读写。\\ | |
- | + | ==2.2.2 oc8051_acc== | |
- | + | 最常用的SFR是累加器(ACC)。 除了标准端口之外,它还有8位宽的输入,用于给第二个ALU结果(data2_in)。还有一个信号wad2,当第二结果写入寄存器时,该信号被激活。 还有另一个输出,用于奇偶校验(p)。 | |
- | + | ==2.2.3 oc8051_b_register== | |
- | \\ | + | B寄存器是简单的位寻址寄存器没有特殊功能 |
- | ===参考来源===: \\ | + | ==2.2.4 oc8051_psw== |
- | opencores的设计文档 < oc8051_design > \\ | + | 这个模块包含程序状态字。除了标准输入外,它还有 |
- | 李全利老师主编的《单片机原理及接口技术》 \\ | + | 来自ACC的信号p(奇偶);\\ |
- | 网友oldbeginner的开源软核学习笔记:http://xilinx.eetop.cn/space.php?uid=1214938&op=bbs \\ | + | 来自ALU的辅助进位和溢出信号;\\ |
- | 网友leishangwen的《DE2上使用OC8051运行点灯程序》: \\ | + | 置位要写入寄存器的对应信号\\ |
- | https://download.csdn.net/download/leishangwen/5173363 \\ | + | {{::oc8051-psw.png|}}\\ |
- | 由于水平所限,难免有不对之处,欢迎指正。 \\ | + | ==2.2.5 oc8051_dptr== |
+ | 该模块包含16位宽数据指针。它有以下内容:\\ | ||
+ | * 两个8位输出(data_hi和data_lo) | ||
+ | * 8位输入总线,用于第二个ALU结果 | ||
+ | * 2位宽的信号,当指令需要使用DPTR作为十六位宽寄存器时,该信号被激活 | ||
+ | 该寄存器不可位寻址。 | ||
+ | ==2.2.6 oc8051_sp== | ||
+ | 该模块表示堆栈指针。 除了标准输入外,它还有两个连接到oc8051_decoder的输入信号。 这两个输入信号定义了读或者写的地址。 | ||
+ | ==2.2.7 oc8051_ports== | ||
+ | 该模块负责输入输出端口。 \\ | ||
+ | 它有四个8位输入总线和四个8位输出总线。 该信号用于与外界通信。 模块输入也是8位当前地址。 该模块还具有rmw信号,该信号指示该指令是否是所谓的读 - 修改 - 写指令。 根据这些指令,我们不读取模块的输入引脚,而是读取输出端口的寄存器。\\ | ||
+ | 这些指令是: | ||
+ | - ANL \\ | ||
+ | - ORL \\ | ||
+ | - XRL \\ | ||
+ | - JBC \\ | ||
+ | - CPL \\ | ||
+ | - INC \\ | ||
+ | - DEC \\ | ||
+ | - DJNZ \\ | ||
+ | - MOV PX.Y, C \\ | ||
+ | - CLR PX.Y \\ | ||
+ | - SETB PX.Y \\ | ||
+ | ==2.2.8 oc8051_tc== | ||
+ | 该模块描述oc8051定时器。有两个定时器:定时器/计数器0(T0/C0)和定时器/计数器1(T1/C1)。两个定时器都是16位字长,每个定时器由两个8位寄存器表示(T/C 0为TL0和TH0,T/C1为TL1和TH1)。该模块还包含SFR TMOD,它定义了定时器模式。\\ | ||
+ | {{::oc8051-tmod.png|}}\\ | ||
+ | 四个输入信号是ie0,ie1,tr0,tr1,表示激活定时器的状态。另外还有两个输出信号tf0和tf1,这两个信号用来设置TCON寄存器和八位输出总线的溢出标志。\\ | ||
+ | 定时器有四种不同的运行模式:\\ | ||
+ | * 模式0:两个定时器都是带有32分频预分频器的8位计数器,它提供了一个13位计数器。 仅使用低5位的TLx寄存器。 | ||
+ | * 模式1:两个寄存器都是16位计数器 | ||
+ | * 模式2:THx表示8位计数器,溢出时填充TLx内容 | ||
+ | * 模式3:在这种模式下,t / c1只保持恒定值。 而t / c0用作两个独立的8位计数器。 TH0使用来自timer0的控制信号(TF0中的TR0),而TL0使用来自timer1的控制信号(TF1中的TR1)。 | ||
+ | ==2.2.9 oc8051_int== | ||
+ | 中断模块。该模块接收中断请求,然后根据已定义的状态,调度请求到处理器中。这里定义了五种不同中断源,每一种的中断函数都有自己的独一的地址。\\ | ||
+ | These addresses are: | ||
+ | * external interrupt 0 (0003H) | ||
+ | * timer 0 overflow (000BH) | ||
+ | * external interrupt 1 (0013H) | ||
+ | * timer 1 overflow (001BH) | ||
+ | * serial port interrupt (0023H) | ||
+ | 该模块包含三个特殊功能寄存器:\\ | ||
+ | * 控制寄存器 (TCON), 包含中断标志\\ | ||
+ | {{::oc8051-tcon.png|}}\\ | ||
+ | * 中断使能寄存器(IE) | ||
+ | {{::oc8051-ie.png|}}\\ | ||
+ | * 中断优先级寄存器(IP) | ||
+ | {{::oc8051-ip.png|}}\\ | ||
+ | 模块有五个中断输入,每个对应一个中断源。 还有两个输入信号,reti和ack。中断结束时reti置位,当处理器打断向量中断任务时,信号ack置位。 模块还具有8位总线,用于读取中断向量地址。\\ | ||
+ | ==2.2.10 oc8051_uart== | ||
+ | 该模块包含oc8051串行接口(uart)。 除标准输入外,它还具有接收输入信号(rxd)和发送输入信号(txd)。 这两个信号也是处理器的输出。 还有一个timer1溢出输入和一个中断输出。模块包含三个SFR:串行控制(scon),串行数据缓冲器(sbuf)和功率控制(pcon)。 | ||
+ | 串口控制寄存器 (SCON)\\ | ||
+ | {{::oc8051-scon.png|}}\\ | ||
+ | 串口有四种操作模式:\\ | ||
+ | * 模式0:传输8个数据位。 波特率是振荡器频率的1/12。 | ||
+ | * 模式1:传输10位(8个数据位和启动和停止位)。 波特率是可变的。 | ||
+ | * 模式2:传输11位:起始位,8个数据位,可编程的第9位和停止位。 如果设置了smod,则波特率为1/32,否则为波特率的1/64。 | ||
+ | * 模式3:传输11位:起始位,8个数据位,可编程的第9位和停止位。 波特率是可变的。 | ||
+ | 当处于模式1或3时,需要timer1来计算波特率(波特率=(2 ^ smod / 64)*(定时器1溢出率))。 | ||
+ | ==2.2.11 oc8051_indi_addr== | ||
+ | 该模块不包含任何SFR,但它仍包含数据存储器的一部分。 来自所有寄存器组R0和R1的数据。 该寄存器用于间接寻址。输入在特定的寄存器缓冲区占据两位bit,操作码的最后一部分用来选择寄存器R0或R1。因此在直接寻址中,在第一时钟阶段,操作数已经就位,没有必要停止流水线。 | ||
+ | ==2.2.12 oc8051_ram_sel== | ||
+ | 该模块代表多路复用器,基于该复用器,读入的指针能够将正确的数据传给数据总线。这样就可以选择存储器中的数据或者特殊寄存器中的数据。 | ||
+ | ===2.3 多路复用器=== | ||
+ | 总线管理是基于多路复用器的,他们的主要特点是选择输入信号并转换成相应的输出信号。输入信号来自oc8051_decoder (译码)模块的八位宽的信号。 | ||
+ | ==2.3.1 oc8051_alu_src1_sel== | ||
+ | 这个模块用来选择第一个ALU操作数。他们来自立即操作数,ACC,有效的内部空间数据或外部空间数据。 | ||
+ | ==2.3.2 oc8051_alu_src2_sel== | ||
+ | 这个模块用来选择第二个ALU操作数。他们来自立即操作数,ACC,有效的内部空间数据或外部空间数据或者零。 | ||
+ | ==2.3.3 oc8051_alu_src3_sel== | ||
+ | 这个模块用来选择第三个ALU操作数。他们来自程序计数器或者DPTR。 | ||
+ | ==2.3.4 oc8051_cy_select== | ||
+ | 选择把以下哪里的进位送给ALU,\\ | ||
+ | (1)来自PSW \\ | ||
+ | (2)来自空间的位数据 \\ | ||
+ | (3)0 \\ | ||
+ | (4)1 \\ | ||
+ | ==2.3.5 oc8051_ext_addr_sel== | ||
+ | 选择外部空间地址:R0或R1 (等同于间接寻址) 或者 DPTR。 | ||
+ | ==2.3.6 oc8051_immediate_sel== | ||
+ | 选择立即操作数。有两个输出,一个用作第一个ALU操作数,另一个用作第二个ALU操作数。可以在PC (程序计数器),第二个或第三个指令字节之中选择。 | ||
+ | ==2.3.7 oc8051_ram_rd_sel== | ||
+ | 选择读地址: | ||
+ | (1)寄存器(R0-R7);\\ | ||
+ | (2)间接地址;\\ | ||
+ | (3)堆栈;\\ | ||
+ | (4)直接地址。\\ | ||
+ | 当选择地址寄存器时,只有五个位的数值被使用(前三个位的数值总是零)。 | ||
+ | ==2.3.8 oc8051_ram_wr_sel== | ||
+ | 选择写地址: | ||
+ | (1)寄存器(R0-R7); | ||
+ | (2)间接地址; | ||
+ | (3)堆栈; | ||
+ | (4)直接地址; | ||
+ | (5)DPTR; | ||
+ | (6)B寄存器。 | ||
+ | ==2.3.9 oc8051_rom_addr_sel== | ||
+ | 选择程序空间地址: | ||
+ | (1)PC; | ||
+ | (2)DPRT (只在MOVC指令下有效)。 | ||
+ | ====3 指令执行==== | ||
+ | 要获得完整的概述,我们需要查看三个时钟周期。\\ | ||
+ | 第一个时钟周期:尚未获取指令。基于PC先前值和操作码,计算出新的PC值。作为下一条指令的地址。在下一步中,从程序存储器中获取新的操作码和操作数。\\ | ||
+ | 第二个时钟周期:同时是第一个执行周期。在此期间,操作代码被发送到oc8051_pc模块,其中计算新PC,并且发送到oc8051_decoder模块,其中置位所有控制信号。除内部数据存储器读地址信号外的所有信号都会延迟一个时钟周期(使用oc8051_regX模块)。通过这种延迟,当下一个操作数从内部数据存储器被读取后,控制信号和其他可能的立即操作数被保存到寄存器中。\\ | ||
+ | 第三个时钟周期:同时是第二个执行周期。在这一周期信号到达目的地。使用oc8051_alu_src1和oc8051_alu_src2,选择ALU操作数。执行ALU中的操作,并将结果写入存储器中的选定地址。\\ | ||
+ | {{::oc8051-指令执行.gif|}} \\ | ||
+ | 大多数指令的执行过程如上所述。 程序跳转指令和程序存储器读取指令(MOVC)例外。在接下来的章节中,我们将介绍指令组及其特定功能。 | ||
+ | ===3.1 算术和逻辑指令=== | ||
+ | 这些指令的主要特征是我们必须定义ALU操作数和ALE运算。 除了两个例外:MUL(乘法)指令Div(除)指令。 这两个指令的不同之处在于结果。 当执行MUL或DIV时,我们得到16位结果,其中一半保存到B寄存器(result1),后半部分(result2)保存到ACC。 如果结果通常写入B寄存器,则设置wad2信号,并将第二个结果写入ACC,即可实现此目的。\\ | ||
+ | 另一个例外是INC DPTR指令,它对16位DPTR寄存器进行寻址。 前8位宽的值被发送给ALE source3,0被转发到source2,输入进位被设置为1,然后运算执行。\\ | ||
+ | 可以执行的指令\\ | ||
+ | - ADD add\\ | ||
+ | - ADDC add with carry\\ | ||
+ | - SUBB subtract with carry\\ | ||
+ | - INC increase by 1\\ | ||
+ | - DEC decrease by 1\\ | ||
+ | - MUL multiply\\ | ||
+ | - DIV divide\\ | ||
+ | - DA decimal adjust\\ | ||
+ | - ANL logical and\\ | ||
+ | - ORL logical or\\ | ||
+ | - XRL logical xor\\ | ||
+ | - CLR clear\\ | ||
+ | - RL rotation left\\ | ||
+ | - RLC rotation left with carry\\ | ||
+ | - RR rotation right\\ | ||
+ | - RRC rotation right with carry\\ | ||
+ | - SWAP swap bits\\ | ||
+ | ===3.2 数据传输指令=== | ||
+ | 该组包含不更改数据值的指令,它们只是将数据传输到另一个内存位置。 ALU操作固定为oc8051_alu_nop,它仅将数据从输入传输到输出,从而将数据写入所需位置。 例外是使用ALE操作oc8051_alu_xch的switdh指令(XCH和XCHD)。\\ | ||
+ | 该指令组还包含外部存储器处理的指令。 下图显示了管理外部数据存储器的内核细节。 读取地址选择oc8051_ext_addr_sel multiplekser,输入数据在下一个时钟周期可用。 数据像multikser上的选项一样可用,我们选择ALE源1.通过正常程序,数据被写入内部存储器。 写入时我们只需要地址和write_x信号,输出引脚上应该有来自ACC的信号。\\ | ||
+ | {{::oc8051-数据传输指令.gif|}}\\ | ||
+ | 特殊指令也用来从程序存储器传送数据。这次使用另一个选择器(oc8051_rom_addr_sel)来选择地址,该选择器不会发送PC 的值,而是发送ALU 运算结果给输出。下一时钟周期收到的数据作为立即操作数。这个指令花费两个时钟周期。\\ | ||
+ | - MOV\\ | ||
+ | - PUSH\\ | ||
+ | - POP\\ | ||
+ | - XCH\\ | ||
+ | - XCHD\\ | ||
+ | ===3.3 位操作指令=== | ||
+ | 位操作指令和逻辑运算指令类似,区别在于他们用位输入和ALU进位代替了ALU 输入,结果可以通过ALU 输出。\\ | ||
+ | 使用位指令时,需要特别留意选择ALU运算。利用oc8051_cy_select选择ALU的进位输入,我们有四个选项:PSW (PSW.7),空间的位输出,逻辑1或逻辑0。\\ | ||
+ | 前两个选项用在运算中,后两个用来给特定位的置位(或复位)\\ | ||
+ | {{::oc8051-位操作指令.gif|}}\\ | ||
+ | 该组还包含跳转指令(JC,JNC,JB,JNB和JBC),下一节将对此进行更详细的描述。\\ | ||
+ | Other instructions in this group are:\\ | ||
+ | - ANL\\ | ||
+ | - ORL\\ | ||
+ | - MOV\\ | ||
+ | - CLR\\ | ||
+ | - SETB\\ | ||
+ | - CPL\\ | ||
+ | ===3.4 程序跳转=== | ||
+ | 转移指令和其它指令不太类似。这些指令改变PC 值,以致不得不停止流水线,等待从新地址取得第一条指令。利用花费时间的不同,将这类指令分成三组:\\ | ||
+ | 第一组指令需要两个时钟周期。这组指令让新的PC 值作为立即操作数。利用这组指令,新的数值被写入 PC,然后等待新的指令。\\ | ||
+ | 第二组指令需要三个时钟周期。该组指令是变址寻址(间接)转移指令,它是将累加器A中的8位数和数据指针DPTR中的16位数相加,形成16位的转移目标地址送给PC,而不改变A和DPTR的内容,不影响标志位。\\ | ||
+ | Instructions in this group are:\\ | ||
+ | - JC\\ | ||
+ | - JNC\\ | ||
+ | - JB\\ | ||
+ | - JNB\\ | ||
+ | - JBC\\ | ||
+ | - SJMP\\ | ||
+ | - JMP\\ | ||
+ | - JZ\\ | ||
+ | - JNZ\\ | ||
+ | 最后一组指令需要四个时钟周期。\\ | ||
+ | These instructions are:\\ | ||
+ | - CJNE, 类似于前一组的指令,但需要另一个时钟周期来设置进位标志\\ | ||
+ | - RET\\ | ||
+ | - RETI\\ | ||
+ | ===3.5 寻址模式=== | ||
+ | 控制寻址模式的有两个模块:oc8051_ram_rd_sel 和 oc8051_ram_wr_sel。\\ | ||
+ | 利用这两个模块,我们可以选择要读取的地址或要写入的地址。操作数利用oc8051_immediate_sel 选择。\\ | ||
+ | 利用 oc8051_alu_src1_sel 和 oc8051_alu_src2_sel ,可以选择是从数据存储器或是ACC或是理解操作数中,读取数据\\ | ||
+ | 不同的寻址模式:\\ | ||
+ | - 直接寻址:我们选择具有多路复用器的直接地址(读取OC8051_RRS_D - 操作数2,写入OC8051_RWS_D操作数2和OC8051_RWS_D3操作数3),并将来自程序存储器的数据发送到总线。\\ | ||
+ | - 间接寻址:对于间接寻址,使用来自所选寄存器组的寄存器R0和R1,模块oc8051_indi_addr用于此,模块保存可能有用的寄存器,然后考虑选择哪个寄存器组,操作码的最后一位选择寄存器我们可能需要。用于地址选择的多用户(oc8051_RRS_I和oc8051_RWS_I)必须设置为间接寻址。堆栈管理也属于这组指令。使用模块oc8051_RRS_SP和oc8051_RWS_SP,我们在寻址总线上获得堆栈指针值,模块oc8051_sp用于增加或减少指针值。\\ | ||
+ | - 寄存器寻址:当我们使用寄存器寻址时,必须使用OC8051_RRS_RN和OC8051_RWS_RN多路复用器选择地址。最后的物理地址从操作码的最后三位和两位用于选择寄存器组。高三位始终为零。\\ | ||
+ | - 特殊寄存器寻址:这些指令主要针对累加器。选择ACC读取ALU源选择复用器。使用oc8051_ram_wr_sel 复用器选择写入ACC,这提供ACC写入作为选项之一(OC8051_RWS_ACC)。还有一些特定于B寄存器或DPTR的指令。该指令在oc8051_op_select模块中被截获,所需地址被放入第二结果总线并被视为直接寻址。\\ | ||
+ | - 立即数寻址:在此寻址模式下,常量的值跟在操作码之后。由于限制,总是从内存中传递三个字节,因此它们也是立即可用的。我们选择与oc8051_immediate_sel 复用器一起使用哪一个,然后选择ALU源的立即操作数。该组还包括程序计数器,因此它也可用于调用子程序和相对寻址。\\ | ||
+ | - 索引寻址:该寻址模式仅在寻址程序存储器时使用。在此模式下,使用oc8051_rom_addr_sel 复用器。在计算下一个地址时,将发送ALE结果而不是PC。数据在下一个时钟周期中作为立即操作数被接收。\\ | ||
+ | {{::oc8051-寻址模式.gif|}}\\ | ||
+ | ====4 中断==== | ||
+ | 由模块oc8051_int管理中断处理。 该模块截取中断,定义中断程序的地址并向下一个模块发送中断请求。 如果中断被启用且没有更高(或相同)优先级的任何一个已经处理,则模块设置int信号并将中断程序地址写入int_v总线。 该中断请求被发送到oc8051_op_select模块,该模块停止当前程序的执行并开始执行LCALL指令。 当中断程序结束时(使用RETI指令),oc8051_decoder设置reti信号并与oc8051_int模块通信中断处理完成,因此程序可以在此优先级上中断\\ | ||
+ | {{::oc8051-中断.gif|}} | ||
+ | ====仿真和移植==== | ||
+ | {{::使用quartus和modelsim仿真oc8051.pdf|}} | ||
+ | ====参考来源==== | ||
+ | * opencores的设计文档{{::oc8051_design.doc|}} \\ | ||
+ | * 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。 \\ |