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基于FPGA的8051IP核的设计与验证研究

薛迎春  
【摘要】: 单片机自1976年问世以来,作为微型计算机一个很重要的分支,受到了人们的广泛关注和重视,尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机,由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉等优点,在我国已经得到了非常广泛的应用。本论文主要的研究任务就是以8051单片机为蓝本,并与FPGA内部结构相结合,使用硬件描述语言VHDL来实现整个系统的逻辑描述,开发出能够应用于FPGA的8051IP核。 本论文首先介绍了FPGA的相关基本知识和EDA开发工具,对8051单片机进行原理分析及各模块的功能介绍。利用自顶向下的设计方法对8051CPU进行了IP核模块划分,对各模块进行了VHDL编程实现,设计了相应的测试数据,在modelsim仿真平台上完成了各模块的时序和功能验证,所实现的指令系统与8051单片机的指令系统完全兼容,实现了预期的效果。论文最后在Altera公司的EP1K100FC484芯片上对整个8051IP核进行了综合仿真,搭建了简单的应用电路,完成了IP核的验证。 本论文在阐述可编程逻辑器件及其发展的基础上,结合了国内外对FPGA的使用限制,引出了在FPGA上开发嵌入式模块程序的理念并提出了设计实现方法和验证实例。该设计具有很高的实用性,可以促进单片机技术和可编程逻辑器件课程的教学工作。实现的8051IP核也可以在某些方面加快教育信息化的发展,进一步扩大了可编程逻辑器件的使用范围,将复杂专有芯片推向高端和超复杂应用,使得IP资源复用理念得到更普通的应用,为基于FPGA的嵌入式系统设计提供了广阔的思路。


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