在FPGA上對OC8051IP核的修改與測試

引 言
20世紀(jì)80年代初，Intel公司推出了MCS-51單片機(jī)，隨后Intel以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核發(fā)布給許多半導(dǎo)體廠家，從而出現(xiàn)了許多與MCS-51系統(tǒng)兼容的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品與MCS-51的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，采用CMOS工藝，因而常用80C51系列來指代所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)。在80C51系列中，OC8051以架構(gòu)清晰、取指帶寬大、時(shí)鐘效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)受到業(yè)內(nèi)人士的青睞。本文在分析OpenCores網(wǎng)站提供的一款OC8051IP核的基礎(chǔ)上，給出了一種仿真調(diào)試方案；利用該方案指出了其中若干邏輯錯(cuò)誤并對其進(jìn)行修改，最終完成了修改后IP核的FPGA下載測試。

1 OC8051結(jié)構(gòu)分析
OpenCores網(wǎng)站提供的OC8051 IP核與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，如圖1所示。該IP核兼容所有8051指令系統(tǒng)，內(nèi)部資源包括：8位CPU，尋址能力達(dá)2×64K；4 KB的ROM和128字節(jié)的RAM；4個(gè)8位I／O口；16位內(nèi)部定時(shí)／計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源和2個(gè)中斷優(yōu)先級。采用Verilog語言對其各個(gè)模塊進(jìn)行描述。系統(tǒng)主要模塊及其功能說明如表1所列。不同模塊對應(yīng)的源文件均是以模塊名稱命名的，例如累加器A對應(yīng)的源文件為oc8051_acc．v。

雖然上述OC8051 IP核宣稱兼容所有8051指令系統(tǒng)，但是實(shí)際執(zhí)行時(shí)并非如此。例如在執(zhí)行表2所列的2組功能相同的代碼時(shí)，所得到的執(zhí)行結(jié)果并不相同。代碼1的執(zhí)行結(jié)果是將5寫入地址為0的外部RAM，代碼2的執(zhí)行結(jié)果是將5寫入地址為4的外部RAM。造成這種現(xiàn)象的原因是，oc8051_ext_addr_sel模塊配置寫外部RAM地址時(shí)延誤了一個(gè)時(shí)鐘周期。若要OC8051 IP核與標(biāo)準(zhǔn)8051系統(tǒng)一致，須對源文件中類似的邏輯錯(cuò)誤進(jìn)行修改。

2 OC805 1仿真調(diào)試及修改
對于硬件設(shè)計(jì)而言，仿真的作用是驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的邏輯功能是否符合初始規(guī)定，如果在這一層次上設(shè)計(jì)出了問題，那么以后各個(gè)層次的工作將完全不確定。由前文可知，OC8051 IP核存在著邏輯錯(cuò)誤，所以有必要通過仿真的手段實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤查找和定位，從而最終完成對邏輯錯(cuò)誤的修改。