嵌入式DS80C320單片機軟核設計

這是一條單字節(jié)單周期指令的執(zhí)行過程，在C1的上升沿開始譯碼以及查找本指令的長度周期表，同時，數據總線上面是正在回寫的上一條指令的結果；到了C2的上升沿，數據總線和地址總線的控制權就回到了本條指令的手里，這個時候地址總線用來發(fā)送需要讀取的數據的地址，數據總線則做好從發(fā)送數據到接收數據的準備，這個動作由CPU控制模塊完成；然后在C3的上升沿，被選中模塊根據地址總線和控制總線讀出相關數據并送入數據總線，在這以后的一個時鐘長度的時間里面，ALU接到了數據，然后在C4的上升沿，開始執(zhí)行數據處理，同時，CPU控制模塊再次改變地址總線和控制總線的內容，并發(fā)布寫信號，提示開始被選中讀數的模塊放棄對數據總線的控制權，以及被選中的存儲結果的模塊分析寫入類型，作好接收數據的準備，ALU在計算完成之后就將結果放到數據總線，等待下一個周期的C1開始將結果寫入相關位置；
總之，本設計充分利用了數據總線的資源和流水設計的技巧，將本來需要6個時序的操作簡化為4個就完成了，時序緊湊，速度快；同時采用了分布式處理的思想，大大簡化了CPU控制模塊的功能，只發(fā)布控制信號，具體哪個模塊需要執(zhí)行什么功能由該模塊自行根據控制信號來判斷，有利于避免由于局部功能太過集中而造成的芯片局部過熱的問題；
3.2指令長度周期表的設計
指令長度表主要是用來控制取指令，以及辨別指令代碼和指令參數；而指令周期表則主要是用來控制指令執(zhí)行的時間，這兩個表可以簡化對指令執(zhí)行的控制。一般這個過程由ROM模塊根據已經讀取的指令來查表，然后根據查表的結果和時序情況來處理分析，產生一系列控制信號，并發(fā)送給CPU控制模塊，這樣做的好處主要是避免CPU控制模塊與指令以及數據打交道，減少其輸入輸出端口數目；
指令長度周期表的設計是和讀取方式息息相關的，本設計使用自己單獨構建的表，并且一分為二，處理方式是為：index={lsb_3， ir[7:4]}，其中l(wèi)sb_3的含義為：對于指令的低三位(ir(2 downto 0)) 規(guī)則為：8-F=>7,6-7=>6,0-5不變化。兩個表使用相同的讀取方式，這樣既可以簡化結構，將查找空間降低為7位，又可以提高查找速度；
3.3 PC異動編碼的作用
在單片機內部，PC是需要不停變化的，不僅所有的跳轉類指令都需要改變PC的內容，而且中斷類指令還需要完成PC的出棧以及入棧操作；因此，有些模型里面對PC的處理異常復雜，基本上是對每條指令詳細規(guī)定PC的變化；本設計在這方面的處理采用了編碼的技巧來提高速度；
首先分析編碼的可能性，雖然很多指令可以改變PC的內容，但是對于PC來說，除了正常的加1操作，其它的變化方式只有如下幾種：

其中pmem1和pmem2為指令參數，來自于ROM模塊；PC_OUT為堆棧中的PC內容。
剩下的難題就是由誰來發(fā)出這個編碼，對于所有的跳轉類指令以及中斷類指令，每條指令的跳轉條件是不相同的，需要一一判斷，本設計就巧妙的利用了ALU模塊來處理這個編碼，ALU模塊計算的時候也是需要對操作進行判斷的，因此，只要添加一小段代碼就可以讓其完成發(fā)送編碼的功能；
PC編碼的方式大大簡化了PC模塊的操作，使得程序更加規(guī)整；