引 言
20世紀80年代初，Intel公司推出了MCS-51單片機，隨后Intel以專利轉讓的形式把8051內核發布給許多半導體廠家，從而出現了許多與MCS-51系統兼容的產品。這些產品與MCS-51的系統結構相同，采用CMOS工藝，因而常用80C51系列來指代所有具有8051指令系統的單片機。在80C51系列中，OC8051以架構清晰、取指帶寬大、時鐘效率高等諸多優點受到業內人士的青睞。本文在分析OpenCores網站提供的一款OC8051IP核的基礎上，給出了一種仿真調試方案；利用該方案指出了其中若干邏輯錯誤并對其進行修改，最終完成了修改后IP核的FPGA下載測試。
1 OC8051結構分析
OpenCores網站提供的OC8051 IP核與8051的系統結構相同，如圖1所示。該IP核兼容所有8051指令系統，內部資源包括：8位CPU，尋址能力達2×64K；4 KB的ROM和128字節的RAM；4個8位I／O口；16位內部定時／計數器；5個中斷源和2個中斷優先級。采用Verilog語言對其各個模塊進行描述。系統主要模塊及其功能說明如表1所列。不同模塊對應的源文件均是以模塊名稱命名的，例如累加器A對應的源文件為oc8051_acc．v。
雖然上述OC8051 IP核宣稱兼容所有8051指令系統，但是實際執行時并非如此。例如在執行表2所列的2組功能相同的代碼時，所得到的執行結果并不相同。代碼1的執行結果是將5寫入地址為0的外部RAM，代碼2的執行結果是將5寫入地址為4的外部RAM。造成這種現象的原因是，oc8051_ext_addr_sel模塊配置寫外部RAM地址時延誤了一個時鐘周期。若要OC8051 IP核與標準8051系統一致，須對源文件中類似的邏輯錯誤進行修改。
2 OC805 1仿真調試及修改
對于硬件設計而言，仿真的作用是驗證設計結果的邏輯功能是否符合初始規定，如果在這一層次上設計出了問題，那么以后各個層次的工作將完全不確定。由前文可知，OC8051 IP核存在著邏輯錯誤，所以有必要通過仿真的手段實現錯誤查找和定位，從而最終完成對邏輯錯誤的修改。
2．1 仿真調試方案
OC8051仿真調試方案如圖2所示。其原理是：在Keil軟件環境中編寫測試程序，編譯生成．hex文件并將其注入ROM的指令寄存器中。testbench負責產生OC8051工作時鐘及控制使能等信號，并將OC8051執行ROM中指令的結果輸出到文本／波形文件中。開發人員通過對文本／波形文件和Keil調試工具執行測試程序的結果進行比較，從而實現對邏輯錯誤的查找與定位，并對IP核源文件進行修改。
值得注意的是，雖然Modelsim功能強大，可以方便地觀察到任何層次模塊信號的變化，但是OC8051 IP核的結構和時序比較復雜，仍避免不了仿真時因為中間信號多所帶來的不便。因此，在仿真調試時可尋求一些簡化操作的機制。考慮到借助數據寄存器指針DPTR和累加器A，MOVX指令可以將程序執行過程中任何寄存器的值輸出到外部RAM中，而觀察外部RAM中的值相對容易，因而本文采用了這種機制。
2．2 具體修改方法
(1)oc805 1_ext_addr_sel模塊
讀寫外部RAM地址可以由DPTR指示，也可以由Ri指示，該模塊的主要功能是選擇讀寫外部RAM地址。通過select和write信號完成對buff和state的配置，從而完成對讀寫外部RAM地址addr_out的配置。在Modelsim環境中，執行表1中的代碼1時，發現addz_out的變化總是比DPTR慢一個時鐘周期，因而其執行結果是將5寫入地址為0的外部RAM。造成這種現象的原因是配置buff和state時采用了always進程，本文將該部分代碼修改為：
assign state="write"；
asstgn buff="select"?{8h00，ri}：{dptr_hi，dptr_lo}；
(2)oc8051_psw模塊
該模塊由一個8位標志寄存器及其控制邏輯組成，用來收集指令執行后的有關狀態。8位寄存器的各位狀態通常是在指令執行過程中自動形成，但也可以由用戶根據需要采用傳送指令加以改變。原設計中負責解釋傳送指令的邏輯采用if語句：
if(addr[7：3]=='OC8051_SFR_B_ACC)data_out[addr[2：O]]<=cy_in；
'OC8051_SFR_B_ACC被定義為累加器A的高5位地址，用在這里顯然不對。應該將其改為程序狀態字PSW的高5位地址'OC8051_SFR_B_PSW。