论文摘要：伴随着微电子技术的进步，电子设计自动化(EDA)技术逐渐成为重要的电子设计方法，已广泛应用于各个许多领域。本文主要介绍利用EDA技术设计出一种基于MCS-51的可扩展多功能单片机IP核。
论文关键词：核
1引言
EDA是（ElectronicDesignAutomation）的缩写即电子设计自动化。EDA的关键技术之一就是IP核（IntellectualProperty)。IP核是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，具有可移植性，并具有很高的通用性和灵活性，可以通过软件编程完成用户需要的，不同的，特定的功能，可以任意使用在各种嵌入式微控制系统中。嵌入式IP核的应用，大幅降低了设计成本，缩短了设计周期，成为当今SOC的重要设计手段。在EDA技术和开发中占有重要的地位。
2系统介绍
本文的设计工具是Altera公司的QuartusII，用VHDL语言进行描述，采用自顶向下的设计原则。MC8051IPCore顶层结构图如图1所示，图1中指示了mc8051_core的顶层结构以及与三个存储模块的连接关系，同时显示了顶层的输入输出I/O口。定时器/计数器和串行接口单元对应于图1中的mc8051_tmrctr和mc8051_siu模块，数量是可选择的，在图中用虚线表示。MC8051IPCore核心由定时器/计数器、ALU、串行接口和控制单元各模块组成。ROM和RAM模块不包括于核心内，处于设计的顶层，方便于不同的应用设计及仿真。
图1MC8051IPCore顶层结构图
3系统实现
3.1可编程时间间隔定时/计数器8254的设计
任何微型计算机系统中都存在定时控制问题，可编程时间间隔定时/计数器8254的设计是在使用软件控制下的精确时间延迟，这样可以解决定时控制问题。内部结构如图2所示。
图28254内部结构图
3.28259的设计
分析8259A的功能和内部结构可知，本单元应分成五个部分三个模块来实现，模块层次关系如图3所示：
图38259层次关系图
各模块的主要功能如下：
数据缓冲模块：对8259A数据缓冲和暂存。
读写控制模块：负责8259A的所有初始化工作及读写操作。
中断请求模块：负责中断询求、中断信号的产生及判优。
中断控制模块：完成中断应答功能，中断向量的生成，级联选通，主从功能设置等这一系列功能。
优先级控制模块：设定实现不同的优先级判别方式。
3.3MCS-51IP核的设计
按照自顶向下的设计原则，整个系统分为：控制模块、定时/计数模块、算术逻辑模块ALU、串行通信模块四个功能模块，而RAM和ROM在使用时，只根据需要进行定制。系统核心由定时器/计数器、ALU、串行接口和控制单元各模块组成。ROM和RAM模块为方便各种应用设计和仿真，处于设计的顶层。在本设计中控制单元主要完成操作指令译码、时序逻辑控制、中断响应优先顺序处理和微操作控制等功能。它分为中断的响应及指令的译码子模块和微操作控制模块两个子模块。其中，ontrol_fsm模块产生各指令的控制信号并主要实现MCS-51中断的响应，ontrol_fsm模块产生微操作信号的具体操作过程，控制RAM存储器的读写地址及数据传输、PC寄存器的赋值、串口与定时器的中断信号处理、中断的查询、SFR的读写等功能。在定时/计数器单元，本设计能保证计数速率为1/12个振荡器频率。计数脉冲在选择计数器工作模式时在来自相应的外部输入引脚T0或Tl。对外部输入信号的占空比这一电平至少要保持一个机器周期，因为必须确保某一给定的电平在变化之前至少被采样一次。算术逻辑运算模块设计调试以优化后综合后产生的模块符号图如图4所示，该工程项目文件可在其它逻辑电路设计中直接调用。
图4ALU模块符号图
通过前面的模块设计和综合后生成MSC-51单片机系统，如图5所示：
图5mc8051最终图形
4．结束语
EDA技术近年来发展速度令人惊奇，它作为当下电子设计技术的核心，被广泛的应用在电子系统设计中。
本文创新点：1.采用完全同步设计，即整个SOC系统都是在统一工作时钟的协调下工作的。内部采用锁相环进行分频得到其它工作频率。2.指令集和标准8051微控制器完全兼容。3.优化的CPU时序使得完成一条指令最多只需1~4个时钟周期，执行性能优于标准8051微控制器8倍左右，提高其运算速度。4.用户可选择定时器/计数器、串行接口单元的数量。5.新增了特殊功能寄存器用于选择不同的定时器/计数器、串行接口单元。6.可选择是否使用乘法器（乘法指令MUL）。7.可选择是否使用除法器（除法指令DIV）。8.可选择是否使用十进制调整功能（十进制调整指令DA）。9.I/O口不复用。10.内部带256BytesRAM。11.最多可扩展至64Kbytes的ROM和64Kbytes的RAM。12.最多可扩展至64Kbytes的ROM和64Kbytes的RAM。
参考文献
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