8051系列是至今為止最成功的單片機之一,在FPGA平臺上研究帶硬件浮點運算器的8051是對其在SoC及專用化的方向上的一次邁進(jìn)。文章首先介紹了8051的基本架構(gòu),包括硬件模塊、指令系統(tǒng)、內(nèi)存分配以及基本外設(shè)。然后講解了在設(shè)計8051時如何劃分模塊,每個模塊的功能與設(shè)計,同時也介紹了如何設(shè)計流水線來加速8051的處理速度。對于浮點運算器,文章介紹了IEEE浮點數(shù)的表示方法,包括各種特殊值的表示方法以及作用。在探討浮點運算器設(shè)計的時候首先是給出了模塊的劃分及其實現(xiàn)的功能,然后以生動的實例介紹了加減乘除四種浮點運算的算法。在介紹完8051與浮點運算器設(shè)計以后,文章介紹了如何將浮點運算器集成到8051上,包括硬件上的數(shù)據(jù)線接口和控制線接口,以及軟件中如何運用硬件浮點運算器。最后文章給出了此設(shè)計在ModelSim上的仿真結(jié)果以及在CyclonelIFPGA芯片上的驗證過程,可以清楚地看到,與KeilC51軟件庫的浮點運算相比,加法運算從186個時鐘周期減少到4個時鐘周期,減法運算從200個時鐘周期減少到4個時鐘周期,乘法運算從241個時鐘周期減少到4個時鐘周期,而除法則由原來的¨lO個時鐘周期減少到4個時鐘周期,可見硬件浮點運算器使8051在運算能力上有了質(zhì)的提高。 筆者也在“Google”和“百度”搜索引擎上,以及“維普數(shù)據(jù)論文網(wǎng)’’上搜索過,都沒有發(fā)現(xiàn)有類似的設(shè)計,帶硬件浮點運算器的8051可謂是一次創(chuàng)新,希望在實際應(yīng)用中能有用武之地。
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