引言
　　
　　80c51系列單片機(jī)是一類經(jīng)典的8位微處理器，其設(shè)計方法和體系結(jié)構(gòu)一直是其他各類單片機(jī)設(shè)計的參考典范，自從20世紀(jì)80年代面世以后,得到了極大的發(fā)展與應(yīng)用。

　　直到今天,市場上還有一大部分單片機(jī)應(yīng)用成品將其作為處理核心。基于80c51系列單片機(jī)無知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、市場應(yīng)用廣泛等優(yōu)點，對其進(jìn)行功能拓展,既有利于經(jīng)濟(jì)上節(jié)約成本,也有利于成果的推廣使用。而隨著單片機(jī)應(yīng)用日趨復(fù)雜化,傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)在設(shè)計上的不足逐漸顯現(xiàn)出來。如在現(xiàn)有128字節(jié)內(nèi)部ram基礎(chǔ)上，處理一些比較復(fù)雜的算法就顯不足。鑒于此,本文在oregano公司設(shè)計的8051 ip核（即下述mc8051）基礎(chǔ)上，進(jìn)行了對其內(nèi)部ram高128字節(jié)擴(kuò)展。給出一種新的擴(kuò)展設(shè)計方法,實現(xiàn)了對與一般ram區(qū)地址空間相連的高128字節(jié)的間接尋址操作，并以此為基礎(chǔ)，對內(nèi)部ram進(jìn)行了可達(dá)64 kb的擴(kuò)展實現(xiàn)，通過了相應(yīng)的軟硬件仿真測試。

　　1 對mc8051高位128字節(jié)的擴(kuò)展設(shè)計
　
　　對mc8051高位128字節(jié)的擴(kuò)展設(shè)計主要分3個方面加以說明：一是傳統(tǒng)80c51系列的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)；二是高128字節(jié)的尋址方式；三是對ip核內(nèi)部的ram地址選擇控制。

　　1.1 傳統(tǒng)80c51系列的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)
　　
　　80c51是經(jīng)典的單片機(jī)系列,具有典型的單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)，由cpu系統(tǒng)、rom、ram、i/o口以及特殊功能寄存器sfr、2個16位定時/計數(shù)器、5個中斷源和1個串口組成。針對本文所要討論的內(nèi)容,這里介紹一下80c51存儲結(jié)構(gòu)和尋址方式：80c51系列單片機(jī)存儲器結(jié)構(gòu)采用哈佛型結(jié)構(gòu),物理上共分片內(nèi)外程序存儲器、片內(nèi)外數(shù)據(jù)存儲器4個存儲空間。對于數(shù)據(jù)存儲器,片內(nèi)外數(shù)據(jù)存儲器地址彼此獨立,指令尋址各自不同,這里主要關(guān)注片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲單元的結(jié)構(gòu)。
　
　　8051單片機(jī)共有7種尋址方式，這里只對其中3種作一下簡要介紹：立即尋址,操作碼后的一個字節(jié)就是實際操作數(shù)本身；寄存器尋址,操作碼后為某一寄存器編號,寄存器的內(nèi)容為操作數(shù);寄存器間接尋址，其與寄存器尋址的區(qū)別在于前者寄存器中的內(nèi)容就是操作數(shù),而后者寄存器中的內(nèi)容為操作數(shù)地址,此地址指向的寄存器中存入的數(shù)據(jù)才是實際操作數(shù)本身。

　　1.2 高128字節(jié)的尋址方式
　　
　　由前面介紹內(nèi)容可知,mc8051內(nèi)部ram分為地址相連、功能不同的兩部分:低128字節(jié)的內(nèi)部用戶ram區(qū)和高128字節(jié)的特殊功能寄存器區(qū)(sfr)。這兩部分均可用寄存器直接、間接尋址方式進(jìn)行尋址操作。經(jīng)過設(shè)計修改的8051,低128字節(jié)的功能和操作方式完全不變,對其高128字節(jié),分為地址重疊和功能不同的兩部分,以不同的尋址方式加以區(qū)別,控制操作。高128字節(jié)如果作為內(nèi)部用戶ram使用,只可以通過寄存器r0、r1進(jìn)行尋址,以地址為85h的寄存器單元為例,若此時85h作為sfr,則用命令“mov 85h, #33h”;若此時作為一般內(nèi)部用戶ram單元,則用命令:
　　mov r0,# 85h
　　mov @r0,#33h
　　
　　在mc8051中,寄存器r0、r1只應(yīng)用于寄存器間接尋址使用,即r0、r1中存儲的內(nèi)容為間接尋址中操作數(shù)的地址。對高128地址空間,如果作為一般的ram寄存區(qū)使用,只采用間接尋址；如果作為特殊功能寄存器區(qū)(sfr),則采取除間接尋址外的其他尋址方式。這樣就可以通過只對r0、r1中內(nèi)容進(jìn)行條件判定,確定是否觸發(fā)對高128地址空間進(jìn)行一般ram數(shù)據(jù)操作。

　　1.3 ip核內(nèi)部的ram地址選擇控制
　
　　在mc8051中,對低128字節(jié)用戶ram區(qū)的讀寫有專門的地址輸出ram_address_out。由于1個字節(jié)的尋址長度為256,所以ram_address_out只取內(nèi)部地址s_adr低7位,即ram_address_out<=s_adr(6 downto 0),輔以ram寫使能控制,實現(xiàn)對低128字節(jié)的讀寫。這里由于要對ram區(qū)擴(kuò)展成為256字節(jié),所以用戶ram區(qū)的地址應(yīng)該可以尋址256字節(jié)長度。這就要求對ip核中對ram區(qū)的地址傳遞有相應(yīng)的修改,修改后地址的具體傳遞過程如圖1所示。
　　
　　一個完整的執(zhí)行過程如下所述:首先cpu從rom讀取指令,然后到內(nèi)部狀態(tài)機(jī)進(jìn)行指令解釋,送入譯碼器執(zhí)行具體的數(shù)據(jù)和地址的存取操作(譯碼器中通過地址多路選擇器adr_mux和數(shù)據(jù)多路選擇器data_mux來實現(xiàn)對地址和數(shù)據(jù)的控制)。如果此時命令不涉及寄存器間接尋址,由圖1可知,取到的ram地址就是一般8051的執(zhí)行結(jié)果。如果此時進(jìn)行寄存器間接尋址,則可分為兩種情況：一是對高128字節(jié)的間接尋址,此時的操作目的，是要對高128字節(jié)進(jìn)行一般ram的數(shù)據(jù)操作;二是除第一種情況外的一般寄存器間接尋址操作。由于sfr不能使用寄存器間接尋址,所以這兩種情況可以根據(jù)r0、r1中存儲的地址的最高位進(jìn)行判別。
　　
　　第一種情況：最高位為“1”時,說明高128字節(jié)(80h～ffh)作為一般ram來使用，此時把r0、r1中的地址賦給ram地址,同時置ram使能控制ram_write_en為“1”，實現(xiàn)對某一高位地址的寫操作。還以85h為例,執(zhí)行指令“mov r0, #85h”, r0中內(nèi)容變?yōu)?5h,然后執(zhí)行“mov @ro,#33h”,此時r0用作間接寄存器,進(jìn)行間接尋址,且寄存器中的字節(jié)最高位為“1”,對ram區(qū)操作的地址就是