基于FPGA的8051单片机IP核设计与扩展

该论文深入探讨了8051单片机IP核的设计，由郑伟和张刚两位作者在太原理工大学信息工程学院完成。他们提出了一种创新的方法，将8051系列单片机的架构移植到FPGA（现场可编程门阵列）上，以创建一个高性能的IP核。8051单片机是因其广泛的应用和强大的功能而备受青睐，但其内部数据存储器容量有限的问题在实际应用中可能会成为瓶颈。 设计过程中，作者首先分析了8051单片机的内部模块结构，包括CPU系统、存储器、I/O单元、定时/计数器、中断系统和串行接口等，强调了这些组件之间的连接关系。为了克服数据存储器不足的问题，他们对内部分配进行了扩展，并确保通过了软件和硬件的仿真验证，确保了IP核在高频率（100MHz）下的稳定工作，显著提升了单片机的处理效率。 设计采用VHDL硬件描述语言进行编码，这是专门用于描述数字电路行为的一种高级编程语言，它使得设计过程更加直观和高效。作者利用Xilinx公司的Spartan-2E系列FPGA XC2S300E-PQ208-6作为实现平台，这显示了他们对当前先进FPGA技术的熟练掌握。 该研究不仅有助于提升8051单片机的性能，也为后续设计更复杂的片上系统和推动单片机技术的应用奠定了坚实的基础。此外，课题还得到了国家自然科学基金的支持，表明其学术价值和实践意义得到了认可。 总结来说，这篇论文的核心内容涵盖了8051单片机的结构分析、FPGA中的实现策略、VHDL编程技术的应用以及扩展存储器的设计与验证，对于了解如何在现代可编程逻辑器件中嵌入和优化8051功能具有重要的参考价值。