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oc8051软核 [2018/09/11 18:08] group003 [模块描述] |
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|}} \\ | ||
| - | ====2.模块描述==== | + | =====2 模块描述===== |
| - | ===2.1.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 | ||
| - | ===2.2.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)\\ | ||
| - | ===2.3.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。 | ||
| - | ===2.4.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。 | ||
| - | ===2.5.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。\\ | ||
| - | ===2.6.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。\\ | ||
| - | ===2.7.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。\\ | ||
| - | ===2.8.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。 \\ | ||