1、 69 4.7 如何优化过长参数 72 优化技巧 10：把参数提升成类成员变量 73 优化技巧 11：引入参数对象 坡首个 滨海高级住宅区 升涛湾 虎豹集团云顶集团 海底世界蝴蝶与昆虫王国环球影城海底生物园 Equaries水上乐园 新加坡圣淘沙 “先做旅游后作地产”，整个旅游景区在开发建设20余年后，在开发高档 物业，地产物业销售带来了巨大的收益； 地产物业与海景融为一体，滨海住宅和海岛住宅被安排在整个岛屿的东南部 前瞻性的旅游发展战略和集合度假元素的产品开发，为后期地产物业的升值 带来的强有力的支撑； 借鉴意义 新加坡圣淘沙 日本豪斯登堡 区位：日本九州长崎县佐世保市大村湾北部； 交通：有
2、快速干线可以直达福冈县和长崎机场，到福冈1小时45分钟，到 长崎机场50分钟。 豪斯登堡”：第二个荷兰村的造城计划（第一个荷兰村就是原来极小規模 的荷蘭村，于1983年建成在大村灣對面的西南岸）于1988年启动，1992 年营业。占地152万平米，首期118万平米，年接待游客400多万； 项目基本信息：豪斯登堡是亚洲最大的休闲度假主题乐园，还是集休闲娱乐、 旅游观光、饮食居住为一体的综合性海滨度假城市 阶段时间事件 缘起1988年 上世纪80年代，东京迪斯尼乐园的成功引发了日本主题乐园兴建热潮，许多乐园都以国际特色为主题。 日本政府以提供贷款担保、赋税优惠和低利率的新法令支持，并由政府与私人企
3、业合资兴建。 日本正值泡沫经济高峰时期，日本豪斯登堡开工 开工建设1988年10月 开掘长达6公里的运河贯穿园区，运河里引进海水，并利用先进的环保理念打造运河； 并在河岸建立起许多荷兰著名的建筑，种植40万株树木和30万多鲜花，使这片不毛之地恢复生机 开业1992年3月 豪斯登堡被建成集旅游与房地产为一身的项目； 资金总投资金额高达2500亿元日币，是原来预计的两倍，加上1990年经济泡沫破灭，使企业面临的 资金压力相当沉重。 新发展规划2003年 豪斯登堡乐园由日本银行与地方政府接管； 政府接管豪斯登堡后，编制2004至2014年度的中期经营计划，展开系列吸引游客的企划。 开发次序：豪斯登堡
4、建立于日本主体公园热潮时期，投资巨大，耗时6年， 从一片荒地变身成为一座生态旅游城 日本豪斯登堡 日本豪斯登堡 日本豪斯登堡 日本豪斯登堡的建设者协同荷兰学者一同协作，100%仿 照荷兰16、17世纪城市建筑风格对整个区域进行设计规划， 力争原样复制。 规划理念：豪斯登堡力争建造与环境协调，符合未来城市发展的示范性城市， 同时100% 按照原样复制16、17世纪荷兰城市风貌 园区总共分六个区，分别是分别是花卉区 、娱乐美食 区 、博物馆区、城市区 、海港区 、居住区。 花卉区：展示给人们的是荷兰的田园风情，用荷兰 风车来作标志性景致。 观光美食区：娱乐美食区自成一岛，岛的中心是莫 利斯喷泉广场
5、 ，广场周围是美食餐厅街 以及娱乐建筑 如洪水来袭窗险馆、空 中飞翔之旅、天星馆 、神秘的 艾沙剧场等等 博物馆区：以纳索广场为中心布局与娱乐美食广场 相似，有钟鸣交响曲博物馆、音乐盒幻想博物馆 、辛 巴达出岛兰馆、 手摇风琴工作坊、,水晶梦幻广场、卡 通世界等。 城市区（旧城）：有商业街、游乐场 、教堂、酒店 有类似于市政厅的建筑及观光高塔。 居住区：包括森林小别墅区与酒店式公寓区，森林 小别墅为围绕湖水的别墅酒店。 海港区：德里佛德号帆船 图 为标志性景观 是园 内 一个真正的港 口 是连接 , 斯登堡与外界的海上出入口 旧城 别墅区 森林公园区 宫殿 公寓区 新城区 码头 基础设施区 花
6、卉区 骑马区 观光美食区 博物馆区 A B C D E F G H I K L M M B D C H A K F G E P P P I L I 功能划分：豪斯登堡主要形成特点鲜明的六个分区，并利用不同的设施元素 把功能做足，且运河是全园的交通主线和景观主线 日本豪斯登堡 日本豪斯登堡 仿照荷兰而建的豪斯 登堡提供了百分之百 的欧洲风情： 欧洲大饭店 丹哈格饭店 阿姆斯特丹饭店 森林小别墅 荷蘭式餐廳 荷兰民族博物馆 豪斯登堡宫殿 分毫不差地再现了荷 兰女王宫殿的原型。 建筑特色：纯粹的荷兰建筑风貌，“花钱游日本，免费玩荷兰” 借鉴意义 日本豪斯登堡 豪斯登堡开发的主题在于利用与荷兰的文化渊
7、源，以荷兰14世纪的“水城” 作为模仿对象，原汁原味，具有浓郁的荷兰风格和历史； 豪斯登堡着力打造的不仅是日本著名的主题游乐园，而是利用先进理念打 造的集合游乐、商业与居住为一体的城市； Thanks 183;&#;普朗克说，能量模式是不连续的，是分立的。波粒二象性也告诉我们，光从一个角度观察是波，是连续 的，从另一个角度观察是粒子，是不连续的。条件不同，光波表现为波动和粒子的性质不同，取决于我们如何观察，而一切微观 粒子都具有波粒二象性。过去的一切事物是连续的观念在微观世界不适应了。从1900年量子理论的提出到现在过去了一百多 年，这种不连续的观念也从纯物理学理论普及到了大众。在1930年到
8、2010年，量子世界对人们的影响似乎还不那么明显，如 今，科技带领我们进入了量子的微观世界，通信已经到了量子通信，芯片已经到了量子芯片，计算机已经到了量子计算机，等 等。我们的经济和公司增长也进入了量子增长阶段，过去的增长要么是线性增长，要么是指数增长，当我们把公司作为原子去研 究它内部运行规律的时候，发现互联网时代公司的增长存在跳跃性，一级跳一级，再跳一级，中间不连续。我们借鉴量子力学的 观点和理念，将量子物理中能量是不连续的和量子能够跃迁这种物理学现象，借鉴到社会科学、管理科学中来，用量子物理学中 的思想解释互联网时代的公司存在的不连续性增长的现象，就是量子增长理论的来源。然而，我们并不是
9、照搬量子物理的公式和 概念，而是结合信息学、经济学、管理学等学科理论创新性地研究量子增长这一新现象。 例如，小米公司和领英公司都发生了这种不连续增长的量子跃迁现象。公司从基态进入激发态，发生跃迁，进入了更高能 级。 案例：小米公司 小米公司2010年8月发布米柚之前选择了100个超级用户作为能量原点，米柚发布一年后用户增长到50万，小米将这50万用户 作为种子用户，在他们的影响下，米柚迅速增长了几千万用户。米柚项目为小米公司累积了能量，此时，小米公司处于基态，完 成了从0到1的第一次能态迁移。此时，小米公司吸收的能量还不强，吸引用户的能力还比较弱。 2011年小米推出小米智能手机，几千万米柚用
10、户迅速成了小米手机的用户。能量爆发，小米公司一下子进入了激发态，吸引 用户能力大增，网络聚合效应迅速扩散。2014年小米手机出货量勇夺国内市场第一，销售额743亿元，这一增长用时仅仅三年， 超越传统企业增长速度几个量级（格力公司经过十五年，此时市值一千多亿元人民币）。此时，小米公司完成了从基态到激发态 的第二次跃迁。 小米公司的第三次跃迁是小米公司构建了三大生态链智能硬件、内容产业、云服务，将智能客厅、智能家居、游戏、娱 乐、云服务、金融服务融合进了小米能量场，此时，小米估值高达450亿美元。三大生态链的能量还未完全释放出来，正处于激 发蓄势之中，一旦能量集聚完成，小米公司才会真正完成第三次跃
11、迁。 小米公司的增长只用了三年时间，中间看不到连续性的增长，而是以跃迁的方式奠定了小米神话。 案例：领英公司 领英公司成立于2002年，目前是全球最大的职场社交平台。2003年网站上线，最初每天仅20个会员注册。2010年年末，领英 公司注册会员数猛增到9000万，完成了第一次量子跃迁。2013年领英公司的注册会员达到2.25亿，并以每秒超过2人的速度增 长。领英公司迎来了公司的第二次量子跃迁。此时的领英公司处于激发态，等待更大的一跃。2016年6月13日，微软官方博客宣 布，微软和领英公司已经达成了一项最终协议，将以每股196美元合计262亿美元的全现金收购领英公司的全部股权和净现金。领 英
12、公司借力更大的平台（微软）完成了公司的第三次量子跃迁。 发生量子增长的原因是复杂的、多方面的。我们单从用户数量、销售额这些指标上不能完全解释量子增长。互联网公司从一 个能级跃迁进另一个能级，首先是公司增长的轨道发生了变化，不同的轨道有不同的规律，不同的能层有不同的结构，不同的结 构有不同的规律。公司在跃迁之前可能遵循线性或者指数增长，促成跃迁行为使得公司从基态进入激发态。发生跃迁的背后机制 很复杂。衡量跃迁的指标，一种方式是数量激增，如用户数量、流量、销售额等数据急剧增长；另一种方式是公司业务经营的种 类发生了变化，从一个行业跃迁进入了另一个行业，行业发生了变化。例如，领英公司目前属于第一种方
13、式，用户数量增长促成 了跃迁行为，能量态发生了变化。小米公司属于第二种方式，从米柚软件到智能手机硬件再到涉足房地产家装、娱乐等多行业， 由于行业种类发生变化，促成了跃迁行为。 无论是数量增长还是种类跃迁，事实上，我们都可以用比特量即香农的信息量来衡量。公司的经营行为都在比特化，无论是 资金流、商流、物流、信息流，还是交易流、交往流，最后都是比特流。这就和大数据联系在了一起，数据增长（现在认为数据 即信息）才是增长背后的秘密。这和我们的整个宇宙通过信息增长对抗熵增的原理是一致的。公司量子增长背后的原因是信息增 长，这就让公司、经济、社会增长现象背后的密码破解了。 云计算也只是整个增长机制的一个条
14、件，它提供了快速处理信息的能力，让整个公司系统运行更智能、高效。还有什么机制 促进了信息增长呢？公司之所以发生能级跃迁行为，我们认为是因为公司的治理即内部治理和外部治理满足了信息增长的要求， 具备了信息激增的条件。公司构建信息增长的公司治理机制非常重要，这其中包括意义、文化、目标、组织、产品、与外部环境 连接、信息存储能力、信息处理能力的构建等。因此，互联网时代的公司是一个能够让信息自由流动的公司，是一个能量信息 型公司。当信息量激增，达到了某个阶段信息的最大化，信息发生重组，激发了量子跃迁行为。传统管理理论解释不了量子增长 现象，我们创新了管理学理论，结合近现代信息学、物理学、经济学等科学理
15、论，构建了促进信息增长的三大机制：非平衡系 统、人类固化信息的能力、物质的分析计算能力。三大机制相互套嵌、相互作用，信息激增。信息增长靠能量，信息能量连续 交换、重组，在不确定的某个时刻公司发生跃迁。 量子增长的三大机制： 信息产生机制非平衡系统 我们重新定义了公司，互联网时代的公司是非平衡系统连续的信息能量连续交换中心。系统和平台的区别在于，非平 衡系统更加注重不确定性、信息波动、正负信息反馈，信息在远离平衡态的系统中产生，自发重组，使得系统结构升级、生态自 生演化。 公司不容易达到非平衡系统状态。在自然界中，我们到处可见这种系统，沙漠、丛林、大气、涡旋等。在商业世界，并没有 这么一个系统可
16、以拿来现成使用，我们需要创造一个这样的系统环境。为此，我们建立了五能层能量信息环，每个能层又可以 分为不同层级，层级越多，子集越丰富多样性，复杂度越高，公司的创新能力越强，信息增长速度越快。 公司是一个复杂系统。在我们构建的非平衡系统这个复杂的公司系统中，结合信息增长的三大机制，我们要注意以下维度和 指标。 能量：信息的增长靠能量。我们在打造能量层的时候，人的精神、欲望、想象、意义、追求、目标都是公司非平衡系统的基 态能量的来源。 信息：信息量最大化是非平衡系统追求的目标。信息量的增长，一方面是数量的增长，另一方面是种类和层次的增加。数 量、种类和层次都能够增加信息的丰富多样性和复杂度。其中，
17、每一层次都是有结构的，不同的层次有不同的规律。增加结构的 复杂度也是信息量增长的条件。在我们打造公司的非平衡生态系统时，应注重累高生态层次、每一层结构构建复杂化、提高产品 复杂度、增加产品种类和数量、释放人的多样性，这些措施能够让信息更丰富。 时机：是时间的概念。时间是经济和公司增长的一个重要维度（在书中第4章有论述）。 场域：是空间的概念。互联网时代公司的场域是信息空间、新时空（在书中第4章有论述）。 能量、信息在时机和场域构建的新时空中发生相互作用、相互转换，促进信息增长。正是由于信息在非平衡态系统正负反 馈，整个系统才能够避免平衡（平衡即死亡），在远离平衡态的系统中信息才能够得以增长。这
18、说明了非平衡系统是开放性的系 统，是不断和外界环境发生能量交换的系统。我们的公司一开始就应该是开放性的、面向全球化的系统。在信息能量交换到一 定阶段，系统进入稳恒态，此时，系统并非真正稳定，而是仍然不断发生波动，这些波动使得系统维持在动稳态。因此，波动是 衡量互联网公司是否是信息能量型公司的一个重要维度和指标，这和传统的管理是根本不同的指标。 波动：波动的指标可以从关系的复杂度、共振频率、信息的随机性等几个方面构建。这些指标都是波动的来源。 速度：一方面是指非平衡系统的信息处理能力极大提升；另一方面，由于信息处理能力的提升，信息的聚合效应开始显现， 信息量激增。这就将公司带入了一个高速运转的状
19、态激发态之中，为公司跃迁做好了准备。 波动和速度是非平衡系统下的结果，也是衡量非平衡系统是否是能量信息型公司的重要维度。 信息存储机制网络和固化信息 建立非平衡系统要构建公司网络。网络包含两层含义，一层含义是非平衡系统的物理结构，即原子的不同排列组合方式形成 的信息物理系统。信息在复杂、非周期性的结构中存储更多，增加了结构的复杂性。另一层含义是，公司的社交关系网络。公司 的社交关系网络越广，容纳的人比越多，公司网络涵盖的知识技术也就越丰富，产生的信息量越大。 书中列举了四种模式：工具社区生态；软件+硬件+互联网；云+网+端；大数据+云+网+端。 我们还要创造尽可能多的物质载体存储信息固化信息的
20、能力。我们人看作是携带知识、技术和具有想象力、创造力信 息的载体，将人的知识、技术、创造力、想象力信息显性化的过程，称为固化信息的能力。这主要表现为人能够制造产品。产品 复杂度越高、越丰富多样，固化的信息就越多，从而使得信息传播的速度更快更广，使用产品的人增多，累积的知识技术数量和 复杂度升级，公司得以扩容，公司存储的信息能力越来越强。 信息增长机制分析计算能力 人是一前言 虽然目前FPGA设计的发展如火如荼，但仍被嵌入式设计压过一头。具体原因有很多，究其主要原因，在于MCU的价格低廉、容易普及，而设计者又不用担心设计的某些程序bug，反正MCU可以反复擦 写、存储空间又充足，即使有了bug也
21、决不会成为毁灭性的。实际上，FPGA也有这种反复擦写的优势，但它的单品价格不菲，因此，与MCU主打的嵌入式设计比起来，实在缺乏竞争力。 价格影响产品的普及。细察嵌入式开发者和FPGA开发者，就会发现嵌入式开发者胆气冲天，一个人就能拿捏住整个系统，什么音乐、网络，搞得风生水起，有声有色。但此种现象在FPGA开发者身上 极其罕见。大多数FPGA开发者都只是“方面大员”，在各自的领域内固然是见微知著，但一旦超出他的领域，那就四顾茫然了。 作者一直存在一个想法，那就是引嵌入式开发的“灵气”入FPGA设计的“一团死水”中，激活FPGA开发者的豪气，也让FPGA设计能够变得与嵌入式设计一样有声有色。存在这
22、种想法的不仅是作 者，而且还包括FPGA领域的“大鳄”Xilinx。Xilinx公司联合ARM公司推出带有Cortex-A9硬核的FPGA，也就是想让嵌入式设计与FPGA设计做到融合，互帮互助，从而实现设计的一体化。于是这种特 殊类型的FPGAZYNQ系列成了Xilinx公司的主打宣传产品。在相关技术论坛上，由于Xilinx不遗余力地大推特推，ZYNQ已经变得耳熟能详了。但是，对于设计者而言，ZYNQ只是“看起来很美”。 至少对于个人开发者来说，能真正玩转ZYNQ不仅需要开发者有高超的FPGA设计经验，而且还要有能让Cortex-A9正常运转的嵌入式开发经验。这对于普通开发者来说是一个了不起的
23、挑战。如果是一个 团队，甲负责FPGA设计，乙负责Cortex-A9开发，两人通过沟通、合作、同心协力，或许能够让嵌入式和FPGA两者互相补充，并发挥最大效能。但对于普通开发者来说，则绝无这种左、右手同时担当两方 面工作的能力。因此，对于普通开发人员来说，在CPU方面，没有必要采用那么高端的配置。 采用最普通的Verilog语言写一个CPU软核是不错的主意。在这本书之前，作者曾编写了兼容ARM9的软核处理器设计：基于FPGA，让众位FPGA开发者能够用到与ARM9功能相当的32位CPU处理 器。但通过和几位读者沟通了解到：从FPGA设计上来理解软核处理器的运作没有问题，但32位处理器的嵌入式设
24、计、使用开发工具生成程序并让软核处理器充分运作起来，这对于他们而言则太难了，因为 这是个跨领域的课题。为了解决这个问题，作者产生了编写本书的想法。 8051架构流传久远，对于嵌入式开发者来说，他们非常熟悉相关的工具和流程，但由于它的指令众多、实现复杂，对于FPGA设计者来说，这是一个很好的挑战课题。作者继ARM9软核处理器设计之后 又推出8051架构的软核处理器设计，这套系统相对于ARM9来说更加简单，可以吸引更多FPGA的入门开发者，并使其通过学习软核处理器设计（不仅学习设计技巧，而且最终能将所学知识用在今后的开发 上）打通嵌入式开发和FPGA设计上的“任督二脉”。 本书首先对8051架构做
25、了详细介绍，并对它的各种器件做了取舍。8051毕竟是一种独立运行的单片机，因此它包含了必要的定时器、串口等。但作为一个可以在不同环境下调用的8051软核处理器，可 让使用者根据自己的需要对它添加元件。因此，简单的定时器和串口并不需要包括在软核处理器之中，使用者完全可以根据自己的需要来添加它们。 对于8051的111条指令，单个看起来每一条都很简单，然而数目众多，作者分类介绍它们用了不少篇幅，但运用Verilog设计技巧却能在700行左右的代码文件中详尽表达它们。采用精简的Verilog描述来 描述复杂的系统是作者带给读者的设计艺术。通过了解这种设计艺术，读者能够加深对Verilog设计的领悟。
26、因此，在讲述完8051的架构后，作者对Verilog的基本知识也做了介绍，让读者在学习设计技巧之 前，能够先了解这些基本知识。 重点是如何采用Verilog语言来实现这111条指令，本书也对此做了介绍。软核处理器作为吞吐指令的“装置”，它对源源不断的指令进行精确而迅速的解析。由于指令繁多，这对资源整合提出了挑战， 很多同行都在这个问题上束手无策。但其实处理这类问题的策略古人早就教给我们了。最通俗的比喻就是折筷子，若给你111根筷子，让你一把折断，这当然是比较费力的，但如果一根一根地折断，那就容 易多了。这个策略很多人都懂，但真要做起来，却会走样变形。问题是首先得把这111条指令变成如同每根筷子
27、一样的不同的“小麻烦”，而不是集合在一起，成为“大麻烦”。因此，在进行Verilog设计 前，需奠定好软核处理器主程序架构的基础，如千手观音，首先塑起无手的观音，然后，一只一只地逐步添加上所有的手。本书在奠定基础上有独到之处，值得读者借鉴。 在FPGA设计上有一个好的思维模式并不太难，难在坚持这个思维模式并使之完备成熟。为此，作者准备了与Keil这个流行的8051开发工具适配的测试代码。这些代码会针对每条指令进行测试，并在最 后给出测试结果。读者可以在作者的基础上对程序大胆地添加自己的想法，并用这种软件的测试程序进行检验。 目前，FPGA设计远没有达到蓝海的沙滩，它的提升空间巨大，愿与读者共勉
28、，共同提升之。 编者 2014年10月 第1章 8051架构描述 1.1 引言 8051是最流行的CPU。8051兴起于20世纪80年代，由intel开创。当然，现在intel已经不再理会这种低端的8位CPU，它主打的是通用处理器，也就是我们电脑上用的那种。因此，8051的架构不像 ARM架构一样有专利的困扰，各位可以放心地将其应用在各自的项目当中。 8051和它的“后辈们”x86的各种高端处理器相比，其优点是功能简单、架构单一。因此由8051这种8位处理器形成的MCU占据了单片机市场的主流。就算ARM公司费尽心机开发出各种小面积、 高性能的处理器内核，它们也无法取代8051在开发者心目中的地
29、位，原因在于8051处理器优越的性能。 本章将带领诸位去领略这款经典8位处理器的架构，让我们从架构这一方面了解它的优异性。 本书的目的是在FPGA上开发兼容8051的软核处理器。因此在开发之前，我们必须对它的架构非常熟悉。在探讨之前，必须明确一点，在FPGA上设计兼容8051的软核处理器到底应该设计到什么程 度？笔者在上一本关于处理器设计的书兼容ARM9的软核处理器设计：基于FPGA中，对兼容ARM9的软核处理器进行了FPGA设计研究。当时的设计目的是要和原版的ARM9TDMI一模一样，仿佛稍微 有一些不同，就没有设计成功一样。现在看来，其实大可不必。 这大概是“山寨”的必由之路：一开始对某原
30、版产品分析得仔仔细细，列出基本功能，然后开始模仿，并模仿到每一个细节都相似，然后推向市场，声称开发出了一款功能与原版类似的产品。比如市 面上经常看到的仿苹果手机，从界面到开机屏幕，再到桌面布局，几乎做到惟妙惟肖，真假难辨。然后呢？ 但我的“山寨”之路却不想停留在模仿表面上，原因在于软核处理器设计出来后，它的最大目的不是“炫耀”，而在于它的实用价值。它的的确确能够帮助开发者在FPGA开发板上玩出花样，玩出精 彩，它最大的目的在于帮助更多爱好开发FPGA设计的人。既然如此定位，在“山寨”的路上就得前进一步，在原版的基础上进行创新和扬弃。 对处理器架构进行创新的想法萌发于对嵌入式软件开发工具的熟悉。
31、最开始，FPGA设计者对嵌入式软件的各种开发工具知之甚少，只知它最后生成了BIN文件，且这个文件可以被FPGA设计的 ROM“吃”进去。因此只需要阅读某某公司出来的既定的“处理器架构”文档，按照该文档预定的方方面面进行设计就可以，设计者几乎不会想到对某些要点进行更改。这个想法几乎是有点“逆天”的， 因为当设计者连模仿到某种相似的程度都做不到，怎么可能想到对处理器的架构进行更改呢？但现在若能够对它模仿得惟妙惟肖，那为什么不能按照设计者的意愿将其定制成自己感觉舒服的架构呢？但前 提是需要嵌入式软件开发工具配合。编者在用了大大小小的嵌入式开发软件后，发现它们其实挺配合的。 用嵌入式开发软件做什么，也
32、就是嵌入式软件能起什么作用？嵌入式软件就是一个翻译机，主要是把C语言翻译成机器语言，也就是生成BIN文件。然后这些含有机器语言的BIN文件被软核处理 器“吃”进去。这些机器语言对阅读者来说是天书，但对于软核处理器却是对口的。软核处理器会按照该BIN文件规定的一条条指令进行执行，那么C语言想表达的意思就得到了执行。因此嵌入式软件主要 干的活就是翻译C语言。 处理器架构设计者除了规定该类处理器支持指令的含义外，还规定了该类处理器的硬件架构，例如ARM9的七种工作模式、Cortex-m0的多类中断支持、8051的计数器和串口。这些硬件架构一旦被制 定完毕，即被各方开发者奉为至宝，并严格按照该类硬件架
33、构进行设计，从不敢越雷池半步。但嵌入式软件开发者使用开发软件的时候，要重新学习这些硬件特性，并在编写C语言程序的时候体现它们。 他们倒是敢作敢为，因为嵌入式程序是他们写的，他们有这个能力使硬件架构按照某种规则活动。 就本书的8051处理器来说，不管是前人实现的8051软核处理器还是市面上出售的8051的单片机，都有两个特殊操作的计数器。嵌入式开发者在开发8051的嵌入式软件时，必先学习如何调理好这两个 计数器。但软核处理器设计者们可以改变这个规则。他们完全可以按照项目的需要配备计数器，而无须计较什么规定。对于8051软核处理器来说，用到什么就设计什么，有些东西没有用，则完全可以去 除。因此设计
34、者也可去掉这两个计数器，这也表示改变了8051的既定架构，但这种改变又有何不可呢？设计者完全可以按照需要生成自己的计数器，而不需要学习8051规定的那套繁琐的使用规则。 处理器架构可被人为地区分成两部分：一部分是可以改变的；一部分是不可以改变的。划分的依据在于嵌入式软件，如果改了某部分，则嵌入式软件不能自如地翻译C语言，那么这部分就属于不可改 变的。不可改变的部分包括有多少个寄存器、多少条指令支持。如果设计者去掉了某条指令，但软件翻译的时候却不知道哪条指令被去掉了，因此它仍会将相应的C语言翻译成这条指令，那么软核处理器 在碰到该指令的时候，就无法处理了。当然就连这个也是可以商量的，比如乘法指令
35、，因为硬件乘法比较耗费资源，所以可以让软核处理器不支持乘法指令，然后再编写C程序的时候，有意改变编程风 格，避免让嵌入式软件生成到乘法指令，那么其实连指令集也都可以改变。 另外一部分就是可以更改的。比如架构规定了两个堆栈指针，但项目只需要一个堆栈指针即可，C程序和汇编程序里面也根本不会用到两个堆栈指针，那么为什么还要两个呢？架构当初这么设计是为 了照顾大多数人的需要，但现在，设计者既然自己设计了软核处理器，那么完全可以做到专用可以任意设计处理器，需要什么硬件架构，就可以在FPGA上实现。 因此，本章在讲8051架构的时候就分开来讲，具体分为两部分：一是必须要实现的特性；二是可以舍弃的特性。对于
36、必须要实现的特性，那毫无疑问必须要弄清楚，而且要理解得非常透彻非常明白， 在执行设计的时候，也要彻底。但对于可以舍弃的特性，我们只需了解即可。以前面举的两个计数器为例，在此就不再详细讲解如何将其设为何种模式，如何让它工作等。读者在阅读了本书后，一定能够 自行添加需要的计数器。在这种情况下，再去将就原来的计数器就显得毫无意义。当然，若特别钟情原来的架构或原来的嵌入式软件，而非要适用原来架构的设计者，也可以查找8051的资料，弄明白它的 方方面面，然后自行添加上去。 这个原则好比日常所使用的键盘。它有26个字母和标点符号、以及Esc、F1F12、Insert、Delete、Home、End、PgU
37、p、PgDn等按键。26个字母好比核心指令，你一个也不能省，省略了则不能叫 键盘了，标点符号要看情况省，这就好比某些乘、除法指令，可以在某种特殊情况下省。至于Esc、F1F12、Insert、Delete、Home、End、PgUp、PgDn等按键，你完全可以按需配置，无须学习既有 键盘的那套规则。 第1章 8051架构描述 1.1 引言 8051是最流行的CPU。8051兴起于20世纪80年代，由intel开创。当然，现在intel已经不再理会这种低端的8位CPU，它主打的是通用处理器，也就是我们电脑上用的那种。因此，8051的架构不像 ARM架构一样有专利的困扰，各位可以放心地将其应用在各
38、自的项目当中。 8051和它的“后辈们”x86的各种高端处理器相比，其优点是功能简单、架构单一。因此由8051这种8位处理器形成的MCU占据了单片机市场的主流。就算ARM公司费尽心机开发出各种小面积、 高性能的处理器内核，它们也无法取代8051在开发者心目中的地位，原因在于8051处理器优越的性能。 本章将带领诸位去领略这款经典8位处理器的架构，让我们从架构这一方面了解它的优异性。 本书的目的是在FPGA上开发兼容8051的软核处理器。因此在开发之前，我们必须对它的架构非常熟悉。在探讨之前，必须明确一点，在FPGA上设计兼容8051的软核处理器到底应该设计到什么程 度？笔者在上一本关于处理器设
39、计的书兼容ARM9的软核处理器设计：基于FPGA中，对兼容ARM9的软核处理器进行了FPGA设计研究。当时的设计目的是要和原版的ARM9TDMI一模一样，仿佛稍微 有一些不同，就没有设计成功一样。现在看来，其实大可不必。 这大概是“山寨”的必由之路：一开始对某原版产品分析得仔仔细细，列出基本功能，然后开始模仿，并模仿到每一个细节都相似，然后推向市场，声称开发出了一款功能与原版类似的产品。比如市 面上经常看到的仿苹果手机，从界面到开机屏幕，再到桌面布局，几乎做到惟妙惟肖，真假难辨。然后呢？ 但我的“山寨”之路却不想停留在模仿表面上，原因在于软核处理器设计出来后，它的最大目的不是“炫耀”，而在于它
40、的实用价值。它的的确确能够帮助开发者在FPGA开发板上玩出花样，玩出精 彩，它最大的目的在于帮助更多爱好开发FPGA设计的人。既然如此定位，在“山寨”的路上就得前进一步，在原版的基础上进行创新和扬弃。 对处理器架构进行创新的想法萌发于对嵌入式软件开发工具的熟悉。最开始，FPGA设计者对嵌入式软件的各种开发工具知之甚少，只知它最后生成了BIN文件，且这个文件可以被FPGA设计的 ROM“吃”进去。因此只需要阅读某某公司出来的既定的“处理器架构”文档，按照该文档预定的方方面面进行设计就可以，设计者几乎不会想到对某些要点进行更改。这个想法几乎是有点“逆天”的， 因为当设计者连模仿到某种相似的程度都做
41、不到，怎么可能想到对处理器的架构进行更改呢？但现在若能够对它模仿得惟妙惟肖，那为什么不能按照设计者的意愿将其定制成自己感觉舒服的架构呢？但前 提是需要嵌入式软件开发工具配合。编者在用了大大小小的嵌入式开发软件后，发现它们其实挺配合的。 用嵌入式开发软件做什么，也就是嵌入式软件能起什么作用？嵌入式软件就是一个翻译机，主要是把C语言翻译成机器语言，也就是生成BIN文件。然后这些含有机器语言的BIN文件被软核处理 器“吃”进去。这些机器语言对阅读者来说是天书，但对于软核处理器却是对口的。软核处理器会按照该BIN文件规定的一条条指令进行执行，那么C语言想表达的意思就得到了执行。因此嵌入式软件主要 干的
42、活就是翻译C语言。 处理器架构设计者除了规定该类处理器支持指令的含义外，还规定了该类处理器的硬件架构，例如ARM9的七种工作模式、Cortex-m0的多类中断支持、8051的计数器和串口。这些硬件架构一旦被制 定完毕，即被各方开发者奉为至宝，并严格按照该类硬件架构进行设计，从不敢越雷池半步。但嵌入式软件开发者使用开发软件的时候，要重新学习这些硬件特性，并在编写C语言程序的时候体现它们。 他们倒是敢作敢为，因为嵌入式程序是他们写的，他们有这个能力使硬件架构按照某种规则活动。 就本书的8051处理器来说，不管是前人实现的8051软核处理器还是市面上出售的8051的单片机，都有两个特殊操作的计数器。嵌入式开发者在开发8051的嵌入式软件时，必先学习如何调理好这两个 计数器。但软核处理器设计者们可以改变这个规则。他们完全可以按照项目的需要配备计数器，而无须计较什么规定。对于8051软核处理器来说，用到什么就设计什么，有些东西没有用，则完全可以去 除。因此设计者也可去掉这两个计数器，这也表示改变了8051的既定架构，但这种改变又有何不可呢？设计者完全可以按照需要生成自己的计数器，而不需要学习8051规定的那套繁琐的使用规则。 处理器架构可被人为地区分成两部分：一部分是可以改变的；一部分是不可以改变的
