基于 VLSI 平台的 C51 处理器仿真与设计（二）

　　3 外设总线在一个系统中光有处理器还是不够的，需要有丰富的外设来满足各种控制要求或者数据传输功能。而片内总线便是将处理器与总线相连接的重要路径。Wish-bone 是一种开放并且完全的总线标准，Wishbone独有的特点如下：

　　（1）Wishbone 仅仅定义了Core 之间的连接时需要的信号；

　　（2）支持多种连接模式：点对点，数据流，共享总线和十字交叉互联；

　　（3）Wishbone 总线的所有信号都与总线的时钟同步；

　　（4）支持大小端模式，用户可以根据自己的需求配置成不同的模式；

　　（5）Wishbone总线接口区分明确，分为主（Master）/从（Slave）。

　　（6）Wishbone 有四种连接模式[8]:点对点、数据流、共享总线和十字交叉互联，在此使用共享总线式连接方式，其中充当Master为Virtual Core,而外设为Slaver,如图5所示。

　　

　　4 测试

　　硬件环境主要分为2部分组成：第1部分为板，采用Virtex-Ⅱ Pro 系列中的XC2VP50FFG1152 芯片作为的FPGA.这款芯片不仅具有及其丰富的内部逻辑资源，还具有2个PowerPC内核、12个DCM 和多个DSP模块。使用FFG1152封装，其可用I/O口多达692个，增加了所支持的应用范围。为方便存储大容量数据，在FPGA 外围又添加了DDR 和SDRAM.为了让FPGA 上电后自动配置，需要增加一片PROM,我们使用的是XCF32P,该芯片容量达到32 MB,支持多种工作模式。

　　FPGA采用并行主模式。其板PCB如图6所示。

　　

　　第2 部分为底板，增加了大量的外设：UART,PS2,VGA,ETHERNET,VIDEO,A/D,D/A,SD,USB 等。底板PCB如图7所示。

　　

　　4.1 测试工具为了能够很好地更新ROM 中的数据，首先要做的是将BRAM 配置为双端口RAM,一端口给Virtual Core来进行读取操作，一端口提供给EDK,用来更新程序存储器；同时EDK 也可以提供简单的控制任务，如重启Virtual Core 等，EDK 使用UART 来和计算机进行操作。EDK操作流程如图8所示。

　　

　　为了方便控制，设计了一个较为简易的PC 端串口程序，用于将EDK 与PC 交互。其工作过程较为简单，主要是将用户的命令或者文件经串口发送至EDK,其截屏如图9所示。

　　

　　4.2 Virtual C51测试搭建一个简易系统，进行测试，使用ISE布局布线，其资源消耗如图10所示。

　　

　　编写一个简单的跑马灯程序，其代码如下：

　　#include<reg51.h>

　　void main（void）{

　　unsigned int i;

　　unsigned char j;

　　While（1）{

　　for（j=0×01;j<0×80;j《=1）{

　　P1=j;

　　for（i=0;i<10000;i++）

　　;

　　}

　　for（j=0×80;j>0×01;j》=1）{

　　P1=j;

　　for（i=0;i<10000;i++）

　　;

　　}

　　}

　　编译，生成HEX 文件后，再转为BIN 文件，使用PC端控制软件，加载ROM,观察底板LED,验证成功，如图11所示。

　　

　　5 结语

　　随着MCU的应用范围越来越宽，对MCU的要求也逐步提高。尤其在目前MCU 逐渐进入SoC 时代，IP 核复用将会成为主流设计方法。为了能使老一代的MCU发挥延续其生命力，开发其兼容IP核，不仅能够将以往的代码迅速的移植到新系统上，而且还可以加快新系统的开发。而且可以将以往很多的分立件，使用逻辑功能实现，集成于ASIC中，降低外围硬件电路的设计。

　　本文阐述了用FPGA 等可编程ASIC元器件来虚拟出传统的MCU 80C51的设计原理和方法。通过适度改变其内部结构，添加Wishbone总线，替代传统MCU片内总线，用来完成MCU核与外设的连接。使用这种方式，可以充分的利用市场上已经成熟的外设核，避免重复设计，同时也方便对传统的MCU进行裁剪和定制，这样将会使传统的MCU更加的灵活可变。