康芯8051的IP核全中文解釋

8051/89C51CPU核及片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)8051單片機(jī)IP軟核應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建8051單片機(jī)IP軟核應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建MCS51系列單片機(jī)的CPU也屬于CISCCPU。本節(jié)將介紹與此系列單片機(jī)完全兼容的K8051單片機(jī)IP軟核,及其應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建和軟硬件開發(fā)oK8051單片機(jī)是以由VQM原碼（VerilogQuartusMappingFile）表達(dá)的，在QuartusII環(huán)境下能與VHDL、Verilog等其他硬件描述語言混合編譯綜合,并在單片F(xiàn)PGA中實(shí)現(xiàn)全部硬件系統(tǒng),并完成軟件調(diào)試。5.6.1K8051單片機(jī)軟核基本功能和結(jié)構(gòu)與前面介紹的CPU相同，K8051單片機(jī)核也含有8位復(fù)雜指令CPU，存儲(chǔ)器采用哈佛結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖5-23所示。K8051的指令系統(tǒng)與8051/2、8031/2等完全兼容，硬件部分也基本相同，例如可接64KB外部存儲(chǔ)器，可接256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM,含兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，全雙工串口，含節(jié)省功耗工作模式，中斷響應(yīng)結(jié)構(gòu)等等。不同之處主要有：1、 K8051是以網(wǎng)表文件的方式存在的，只有通過編譯綜合，并載入FPGA中才以硬件的方式工作，而普通8051總是以硬件方式存在的；2、 K8051無內(nèi)部ROM和RAM,所有程序ROM和內(nèi)部RAM都必須外接。從圖5-23可見，它包含了“數(shù)據(jù)RAM端口”和“程序存儲(chǔ)器端口”，是連接外接ROM、RAM的專用端口（此ROM和RAM都能用LPM_ROM和LPM_RAM在同一片F(xiàn)PGA中實(shí)現(xiàn)）。然而普通8051芯片的內(nèi)部RAM是在芯片內(nèi)的，而外部ROM的連接必須以總線方式與其P0、P2口相接（AT89S51的ROM在芯片內(nèi)，CPU核外）。3、 以軟核方式存在能進(jìn)行硬件修改和編輯；能對其進(jìn)行仿真和嵌入式邏輯分析儀實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)序測試；能根據(jù)設(shè)計(jì)者的意愿將CPU、RAM、ROM、硬件功能模塊和接口模塊等實(shí)現(xiàn)于同一片F(xiàn)PGA中（即SOC）o4、 與普通8051不同，K8051的4個(gè)I/O口是分開的。例如P1口，其輸入端P1I和輸出端P1O是分開的，如果需要使用P1口的雙向口功能，必須外接一些電路才能實(shí)現(xiàn)。圖5-24是K8051單片機(jī)的原理圖實(shí)體圖，下方是輸入端，上方是輸出端。其主要端口的功能如表5-10所示。注意其中的雙向口的表達(dá)方式。圖5-26所示的是單片機(jī)中的一個(gè)端口構(gòu)成的雙向口（P1口）電路連接方法。圖中電路調(diào)用了幾個(gè)輔助元件，其中RTI是三態(tài)控制門，WIRE是普通接線，主要用于網(wǎng)絡(luò)名轉(zhuǎn)換。其中P1E是三態(tài)門控制信號(hào)，當(dāng)執(zhí)行從P1口的輸入指令時(shí)，P1E[7..0]輸出全為高電平，外部數(shù)據(jù)可以通過雙向口P1[7..0]進(jìn)入單片機(jī)的P1口的輸入口P1I[7..0]，而當(dāng)執(zhí)行向P1口輸出的指令時(shí)，若P1口的輸出口P1O[7..0]中的位為低電平，則控制信號(hào)P1E[7..0]中對應(yīng)的位也為低，故信號(hào)能順利輸出P1口；但當(dāng)輸出信號(hào)P1O[7..0]中的位為高電平時(shí)，則控制信號(hào)P1E[7..0]中對應(yīng)的位也為高電平，故這時(shí)除非P1[7..0]對應(yīng)的FPGA的外部端口被上拉，否則將呈現(xiàn)純高阻態(tài)。因此，當(dāng)使用單片機(jī)的雙向口時(shí)須設(shè)置FPGA的端口為上拉！設(shè)置方法是，選擇Assignmemts菜單中的settings項(xiàng)（圖5-25），選擇左欄的FitterSettings項(xiàng),再點(diǎn)擊右側(cè)的MoreSettings按紐,在彈出的窗口（圖5-25右側(cè)圖）下欄中選擇WeakPullUpResistor，并于上方的Setting欄選擇On。注意，如果選擇了EnableBus-HoldCircuitry為ON,則不能選上拉為ON,前者是選擇輸出總線的最后輸出為鎖定。

圖5-23K8051結(jié)構(gòu)模塊框圖instNESWDOUTPSEDNMOE圖5-23K8051結(jié)構(gòu)模塊框圖instNESWDOUTPSEDNMOEXINMWE)(2DLMRESETALENEAPSENNESFRALENALEIFWEPSEIFOEPOI[7..O]SFRWEP1I[7..O]SFROEP2I[7..O]IDLEP3I[7..O]XOFF'RAMdaOp.O]P0O[7..0]ROMdaO[7..0]P1O[7..0]P2O[7..0]P3O[7..0]DOE[7..O]D1E[7..O]D2E[7..O]D3E[7..O]RAMadr[7..O]RAMdal[7..O]ROMadr[15..0]POE[7..0]圖5-24K8051原理圖元件單片機(jī)信號(hào)端口類型功能說明ROMadr[15..0]輸出程序存儲(chǔ)器地址總線ROMdaO[7..0]輸入程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線NMOE輸出程序存儲(chǔ)器輸出使能，低電平有效RAMadr[7..0]輸出片內(nèi)RAM地址總線RAMdaI[7..0]輸出片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)輸入總線（由單片機(jī)核輸出）RAMdaO[7..0]輸入片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)輸出總線FOE輸出片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)輸出使能，低電平有效FWE輸出片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)寫入使能，低電平有效SFROE輸出外部特殊寄存器輸出使能，低電平有效SFRWE輸出外部特殊寄存器寫入使能，低電平有效NESFR輸入如果沒有外部特殊寄存器，拉高此電平P0O[7..0]輸出P0口數(shù)據(jù)輸出端，8位P10[7..0]輸出P1口數(shù)據(jù)輸出端，8位P20[7..0]輸出P2口數(shù)據(jù)輸出端，8位P30[7..0]輸出P3口數(shù)據(jù)輸出端，8位P0I[7..0]輸入P0口數(shù)據(jù)輸入端，8位P1I[7..0]輸入P1口數(shù)據(jù)輸入端，8位P2I[7..0]輸入P2口數(shù)據(jù)輸入端，8位P3I[7..0]輸入P3口數(shù)據(jù)輸入端，8位P0E[7..0]輸出P0口作為雙向口的控制信號(hào)8位，執(zhí)行輸出指令時(shí)，為低電平P1E[7..O]輸出P1口作為雙向口的控制信號(hào)8位，執(zhí)行輸出指令時(shí)，為低電平P2E[7..O]輸出P2口作為雙向口的控制信號(hào)8位，執(zhí)行輸出指令時(shí)，為低電平P3E[7..O]輸出P3口作為雙向口的控制信號(hào)8位,執(zhí)行輸出指令時(shí)，為低電平NEA輸入使能程序計(jì)數(shù)器的值進(jìn)入P0和P2口X1輸入單片機(jī)工作時(shí)鐘輸入端

X2RESETALEPSENALENXOFFIDLE輸入輸入輸出輸出輸出輸出輸出單片機(jī)工作時(shí)鐘輸入端，但在進(jìn)入休閑狀態(tài)時(shí)可控制停止復(fù)位信號(hào)線地址鎖存信號(hào)外部程序存儲(chǔ)器使能，低電平有效對ALE和PSEN信號(hào)的雙向控制信號(hào)，低電平允許輸出振蕩器禁止信號(hào)，用于省電模式在休閑模式中，可通過外部控制NX2的時(shí)鐘輸入SpecifyoptionsforfittiTiming-dnvencompi0OptimizeholdtirSetting:廠Optimizefast-ccPowerPlaypoweroptiiExistingoptionsettingsSettinaDesiredworstc-LimittoonefittingNormalcompilationP1E[7..OP1OI70]SpecifythesettingsforthelogicoptionsinyourproiectAssignmentsmadetoaniientityintheAssignmentEditorwilloverridetheoptionsettingsinthisdialogboxIJptionName:FitteretortCStandardFitfhi(iFastFit(upto5*AutoFit[reduceUserLibrariesIIJurrentF'roiectDeviceTimingAnalysisSettingsAnalysis&SynthesisSettingsVHDLInputverilo口HDLInputDefautParametersSynthesisNetlistOptimizations-FitterSettingsPhysicalthesisUptimizalionsH.ssemberDesiqnAssistantSignalTapIILogicAnalyzeiLogicAnalyzerInterface曲口nalF'robebettings□-SimulatorSettin口?EiimulaticinPower+PowerPlayPowerAnalyzerSettingsDescription:Enablestheweakpull-upresistorwhenthedeviceisoperatinginusermode.Thisoptionpullsahigh-impedancebussignaltoVCC.TheWeakPull-UpResistoroptionshouldnotbeusedatthesametimeasX2RESETALEPSENALENXOFFIDLE輸入輸入輸出輸出輸出輸出輸出單片機(jī)工作時(shí)鐘輸入端，但在進(jìn)入休閑狀態(tài)時(shí)可控制停止復(fù)位信號(hào)線地址鎖存信號(hào)外部程序存儲(chǔ)器使能，低電平有效對ALE和PSEN信號(hào)的雙向控制信號(hào)，低電平允許輸出振蕩器禁止信號(hào)，用于省電模式在休閑模式中，可通過外部控制NX2的時(shí)鐘輸入SpecifyoptionsforfittiTiming-dnvencompi0OptimizeholdtirSetting:廠Optimizefast-ccPowerPlaypoweroptiiExistingoptionsettingsSettinaDesiredworstc-LimittoonefittingNormalcompilationP1E[7..OP1OI70]SpecifythesettingsforthelogicoptionsinyourproiectAssignmentsmadetoaniientityintheAssignmentEditorwilloverridetheoptionsettingsinthisdialogboxIJptionName:FitteretortCStandardFitfhi(iFastFit(upto5*AutoFit[reduceUserLibrariesIIJurrentF'roiectDeviceTimingAnalysisSettingsAnalysis&SynthesisSettingsVHDLInputverilo口HDLInputDefautParametersSynthesisNetlistOptimizations-FitterSettingsPhysicalthesisUptimizalionsH.ssemberDesiqnAssistantSignalTapIILogicAnalyzeiLogicAnalyzerInterface曲口nalF'robebettings□-SimulatorSettin口?EiimulaticinPower+PowerPlayPowerAnalyzerSettingsDescription:Enablestheweakpull-upresistorwhenthedeviceisoperatinginusermode.Thisoptionpullsahigh-impedancebussignaltoVCC.TheWeakPull-UpResistoroptionshouldnotbeusedatthesametimeasL：機(jī)已cp沖:GeneraName:FinalPlacementOptimizationsAutcmaticallvFitterAggressiveRoutabilitv0ptimizat...AutomaticallyI/OPlacement□pbmizationsIgnorePLLModeWhenMergingRLLsMaintain匚ompatibihtywithAllCyclon...OptimizeIOCRegisterPlacementforUptimizeTimingF'U/UPlacementEffortMulbpheiRouterEffortMultiplierRouterTiming□ptimizationLevelWeakPull-UpResistor田“EDAT口口1Settings+CompilationProcessSettings圖5-25設(shè)置FPGA的總線口輸出為上拉圖5-26K8051單片機(jī)I/O口設(shè)置成雙向口的電路5.6.2K8051單片機(jī)軟核實(shí)用系統(tǒng)構(gòu)建和軟件測試K8051核在接上了ROM和RAM后就成為一個(gè)完整的8051或8052單片機(jī)了，圖5-27是K8051核實(shí)用系統(tǒng)的最基本構(gòu)建頂層原理圖，主要由4個(gè)部件構(gòu)成：1、 K8051核。圖中的CPU_Core即K8051單片機(jī)核，由VQM原碼表述:CPU_Core.vqm,可以直接調(diào)用。該元件可以與其他不同語言表述的元件一同綜合與編譯。2、 嵌入式鎖相環(huán)PLL50。鎖相環(huán)的調(diào)用方法可參考第3章，其輸入頻率設(shè)置為20MHz,輸出頻率所在90MHz上,K8051能接受的工作時(shí)鐘頻率上限取決于FPGA的速度級別。3、 程序ROM,LPM_ROM。采用ROM容量的大小也取決于FPGA所含的嵌入RAM的大小。圖5-27中設(shè)置的ROM容量是4K字節(jié)，對于一般的應(yīng)用足夠了。此ROM可以加載HEX格式文件作為單片機(jī)的程序代碼。HEX程序代碼可以直接使用普通8051單片機(jī)程序編譯器生成（設(shè)已加載了TEST1.HEX）。4、 數(shù)據(jù)RAM，LPM_RAM。圖5-27中設(shè)置的LPM_RAM容量是256字節(jié)。高128字節(jié)須用間接尋址方式訪問。這里的LPM_ROM和LPM_RAM調(diào)用方法其它資料。圖5-27中，P0I[7..0]、P1I[7..0]、P2I[7..0]、P3I[7..0]分別為P0、P1、P2、P3口的輸入口；P0O[7..0]、P1O[7..0]、P2O[7..0]、P3O[7..0]分別為P0、P1、P2、P3口的輸出口。用QuartusII打開的工程，在工程管理窗，雙擊圖左側(cè)rom4KB，在右側(cè)出現(xiàn)該元件文件，其初始化文件路徑指示在TEST1.HEX上（圖5-29）。下載SOF文件后可以測試圖5-27系統(tǒng)的軟硬件功能了。測試程序TEST1.HEX的源程序是TEST1.ASM，在提供的競賽板的光盤里有。2.修改匯編程序test1.asm（圖5-28），編譯，并用“Tools”菜單中的工具：In-SystemMemoryContentEditor（圖5-30）下載編譯代碼：testl.hex，再觀察軟硬件的工作情況。注意，K8051的軟件調(diào)試也可以使用In-SystemMemoryContentEditor來完成。。rycc" -^='L..IH.P.UT ? !.CLKpllSLIindkOcOClkRstioPh（蚊Td(ns)DC⑴CLIy,-2U,UULi.UUSLi.ULiindkOfrequency:20.ODDMHzOperationMode:NormalinftS…軍片機(jī)片丙菽目巨b閘data[7..O]wrenaddre$s[7..O]>inclock1address[11..0]>inclockNESW口OUT巴;EDNMOE｝：：1NMiJVE｝：2DU.11RESETALE忖P5ENNESFF：ftLENALElFWEP5EIFOEPDI[7..D]SFRWEP1I[7..LI]SFROEP2I[7..D]IDLEPSI[7..Li]XOFFR.^4daO[?..Li]PDO[?..LI]F：0h..W30[F..Li]P10[7..Li]P2O[7..Li]P3O[7..Li]PLIE[7..LI]P1E|7..0]P2E[7..Ll]P3E[7..D]R.^utedr[7..O]R.^uWal[7..0]ROMadr[15..D]P0E[7..Li]K8051單片機(jī)棱單片機(jī)工作時(shí)鐘設(shè)在取啊七CP'ij^Core8051基本匚PLI示例GV-MSPKS.'Pk^選擇模式1亙位強(qiáng)由鋰呂控制「高電平復(fù)位ORGOOO0HMAIN:MOUSP,tt60HMOU2UH,tt00HMOU30H,tt01HROUND：LCfiLLDELfiVIMOUA,24HINCAMOU24H,AMOUP1,AMOUA.30HRRAMOUPO,AMOU30H,ANOPNOPMOUA.POMOUB,P3ADDMOUP2,ALCfiLLDELAY1SJMPROUNDDELAY：nou20H,tt0FFHW1：MOU21H,#0FFHW2:DJNZ21H.W2DJNZ20H,W1RETDELAV1：MOU22H,tt08HW3：LCfiLLDELAVDJNZ22H,W3RETEND圖5-27K8051基本實(shí)用電路圖5-28TEST1.asm匯編程序^QuartusII?D:/D8051_COPY/KX_BASIC_CPU/MCU8951?MCU8951?[rom4KB?Yhd]abcFileEditViewProjectAssignmentsProcessingToolsWindowHelpMCU8951EntityCompilationHierarchy白?““即MCU8951申??“蕊CPU_Core：inst610：i：i18(0)21(0):71 iTi'l弓|麼〃?啓|揶|?爭帕I鑒I尋?adclress_ac1r_a二>FPMONEFF,out.clata_aclr_a=>"NONEFF*v..?iclth_byt.eena_a=>1finit_file=>rr./ASM/TESTI,he=-=r\1pi[L_hint=>rrENABLE_RUNT工冋E_I"IOD=YES*1prtL_t.ype=>rraltsyncramrr圖5-29ROM初始化文件路徑25B|@1:EP1C6F7075F5FF0000000000000000nn81807E0000000000000000nnGOF52100000