8位模型机汇编指令模拟与FPGA实现教程

资源摘要信息: "基于8位模型机的汇编指令执行模拟课程设计" 课程设计概述： 本次课程设计的目的是让学生通过实践活动理解和掌握汇编语言的基本概念、汇编指令集的结构以及其在实际硬件上的执行过程。学生将首先通过C语言编写程序，将汇编指令转换为机器能够理解的二进制操作码。随后，通过Windows平台下的API函数实现串口通信，将指令数据发送到FPGA（现场可编程门阵列）开发板上。开发板负责接收这些指令，将其写入内部存储器，并由8位模拟CPU执行这些指令，最终展示执行结果。这一过程不仅涉及到软件编程，还包含了硬件操作和通信的环节，为学生提供了一个跨学科的综合训练机会。 适用人群： 本课程设计适用于对汇编语言、C语言编程、Windows API应用、以及FPGA开发感兴趣的初学者和进阶学习者。课程内容由浅入深，可作为本科生的毕业设计、课程设计、大作业或工程实训的一部分，也可作为初步项目立项的基础。 项目介绍： 课程设计名称为“基于8位模型机的汇编指令执行模拟”，其核心在于模拟一个8位处理器如何执行汇编指令。设计中涉及到的关键步骤如下： 1. 汇编指令转二进制操作码：在PC上使用C语言编写程序，将汇编语言编写的指令转换为对应的二进制操作码。 2. Windows API串口通信：利用Windows提供的API函数，通过计算机的串口与FPGA开发板建立通信连接。 3. FPGA开发板编程：开发板接收来自PC的指令数据，并将其写入开发板上的存储器。 4. 模拟CPU执行指令：模拟CPU从存储器中读取指令，进行译码和执行，并通过某种方式显示执行结果。 软件需求： - Quartus Prime Lite 18.0.0：一款由Intel提供的FPGA开发软件，用于编写、编译和下载FPGA程序。 - CodeBlocks 17.12：一个开源的跨平台C/C++编译器和集成开发环境，用于编写C语言程序。 硬件需求： - 黑金FPGA开发板 ALINX ALTERA AX301：一块搭载了Altera（现为Intel FPGA）EP4CE6F17C8N芯片的开发板，用于实现8位模型机的硬件模拟。 知识点详解： 1. 汇编语言基础：汇编语言是一种低级编程语言，与机器语言非常接近，但使用了人类可读的符号和单词（助记符）来表示机器指令。学习汇编语言能够帮助理解计算机的基本操作和硬件的工作原理。 2. 汇编指令集：不同的处理器有不同的指令集架构。本次课程设计将重点介绍8位处理器的指令集，如算术运算指令、数据传送指令、控制流指令等。 3. C语言编程：C语言是一种广泛使用的通用编程语言，具有丰富的库函数和灵活性。课程设计要求学生使用C语言来编写转换和通信程序。 4. Windows API编程：Windows API是一组预定义的函数、数据类型、宏、接口，用于在Windows操作系统上编程。在本设计中，学生需要通过API函数实现与FPGA开发板的串口通信。 5. FPGA开发：FPGA是一种可以通过编程配置的芯片，能够实现复杂的逻辑功能。本课程设计要求学生了解如何在FPGA上编写程序，以及如何通过FPGA模拟硬件逻辑。 6. 硬件通信：在本课程设计中，PC与FPGA开发板之间的通信是通过串口进行的。学生将学习硬件通信的基本知识，包括数据的发送和接收过程。 7. 数据表示：了解二进制、十六进制数据表示，以及它们之间的转换，对于本课程设计至关重要。 通过本次课程设计，学生将能够深入理解汇编语言、C语言编程以及硬件编程的基础知识，并能够在实际硬件上实现程序的运行，从而为学习更高级的计算机组成原理、嵌入式系统设计以及硬件开发打下坚实的基础。