M8051IP軟核的改進(jìn)性設(shè)計(jì)及其在視頻字符疊加器中的重應(yīng)用
關(guān)鍵詞：系統(tǒng)芯片 微控制器 M8051 IP軟核 視頻字符疊加器
隨著集成電路制造技術(shù)的快速發(fā)展,集成電路的規(guī)模不斷擴(kuò)大。這使得將復(fù)雜系統(tǒng)集成在單個(gè)芯片上成為可能,于是便出現(xiàn)了系統(tǒng)芯片SOC（System on a Chip）。傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)方法關(guān)注的是如何創(chuàng)建一個(gè)全新的設(shè)計(jì)并進(jìn)行有效的驗(yàn)證;如今在SOC設(shè)計(jì)中,基于IP模塊的功能組裝正在逐漸替代傳統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)而成為主流設(shè)計(jì)方法�；贗P模塊的SOC設(shè)計(jì)方法的基本思路是通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用層次,利用現(xiàn)有的IP資源,根據(jù)系統(tǒng)需求選用適當(dāng)?shù)腎P模塊,進(jìn)行系統(tǒng)集成設(shè)計(jì);基于IP模塊的SOC設(shè)計(jì)方法是采用IP模塊而不是采用基本邏輯或電路單元作為基礎(chǔ)單元,即以功能組裝代替功能設(shè)計(jì)。這就提高了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)能力。能夠較快地完成設(shè)計(jì),保證設(shè)計(jì)成功,以極低的價(jià)格滿足市場(chǎng)需求。
M8051 IP軟核是高性能的8位微控制器（MCU）,它的每個(gè)機(jī)器周期只需要兩個(gè)時(shí)鐘周期而不是標(biāo)準(zhǔn)8051[1]軟核的十二個(gè)周期,但是它的功能卻與標(biāo)準(zhǔn)的8051軟核兼容。這就使得M8051 IP軟核在同樣功耗的情況下運(yùn)行速度比標(biāo)準(zhǔn)的8051軟核提高六倍,也就是說(shuō),若在同樣的運(yùn)行速度下,M8051 IP軟核的功耗僅僅是標(biāo)準(zhǔn)8051軟核的六分之一。這對(duì)于現(xiàn)在的便攜式數(shù)字產(chǎn)品或低功耗產(chǎn)品或低功耗產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是相當(dāng)有競(jìng)爭(zhēng)力的。
視頻字符疊加器是一種在視頻信號(hào)中疊加入字符或簡(jiǎn)單的圖文信息,從而在屏幕的特定位置上與圖像信號(hào)同時(shí)進(jìn)行顯示的設(shè)備[2]。視頻字符疊加器VAD——SOC的結(jié)構(gòu)如圖1所示,具體包括以下幾個(gè)IP模塊：M8051 IP軟核、I2C主控制器模塊、存儲(chǔ)器核和全彩色字符疊加處理器（FCA IP）等。其實(shí)現(xiàn)的功能是將片外或內(nèi)置的疊加字符ROM（如E/E2PROM、雙口RAM或Flash）中儲(chǔ)存的字符信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭莎B加在視頻信號(hào)上的信息,同時(shí)通過(guò)內(nèi)部時(shí)序控制功能單元,調(diào)節(jié)疊加字符在監(jiān)視器上的疊加位置、大小及其背景色和前景色等。
本文主要介紹M8051 IP軟核的改進(jìn)設(shè)計(jì),對(duì)其進(jìn)行有效的仿真和驗(yàn)證;并對(duì)M8051 IP軟核在視頻字符疊加器VAD_SOC中的重應(yīng)用進(jìn)行深入的研究。
圖2
1 M8051 IP軟核結(jié)構(gòu)及其改進(jìn)性設(shè)計(jì)
1.1 M8051 IP軟核的結(jié)構(gòu)
M8051 IP軟核的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,主要由五部分組成。
（1）算術(shù)邏輯單元（ALU）部分：位算術(shù)邏輯單元、帶進(jìn)位的算術(shù)邏輯單元、8位的算術(shù)邏輯單元,操作數(shù)的選擇、乘法/除法單元。
（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與交換部分：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)部專用寄存器及其復(fù)用、專用功能寄存器的復(fù)用、核級(jí)專用功能寄存器。
（3）狀態(tài)機(jī)與程序存儲(chǔ)部分：主狀態(tài)機(jī)、程序計(jì)數(shù)器、程序計(jì)數(shù)器的運(yùn)算單元。
（4）指令譯碼部分：部分指令、指令譯碼。
（5）外圍設(shè)備部分：（I/O）端口寄存器、中斷、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通用串行口。
從圖2可以看出,M8051 IP軟核與傳統(tǒng)8051單片機(jī)在組成部分及指令系統(tǒng)部分是兼容的,但功能上有些不同,所以,若要將M8051 IP軟核集成視頻字符疊加器VAD_SOC中,則需要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的功能擴(kuò)展和可復(fù)用設(shè)計(jì)。
